論文の概要: Rydberg Superatom Interface for Topological Microwave-to-Optical Photon Conversion in Fock-State Lattices
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.07781v1
- Date: Thu, 10 Apr 2025 14:20:38 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-04-11 12:20:15.127365
- Title: Rydberg Superatom Interface for Topological Microwave-to-Optical Photon Conversion in Fock-State Lattices
- Title（参考訳）: Rydberg Superatom Interface for Topological Microwave-to-Optical Photon Conversion in Fock-State Lattices
- Authors: Pei-Yao Song, Jin-Lei Wu, Weibin Li, Shi-Lei Su,
- Abstract要約: 単一光子のマイクロ波-光変換(MTOC)は、異なる周波数領域にわたる量子デバイスをブリッジする際に重要な役割を果たす。
本稿では、これらの制限に対処するために、Rydberg超原子を介する位相的に保護されたMTOCスキームを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.4473518548010192
- License:
- Abstract: Microwave-to-optical conversion (MTOC) of single photons plays a pivotal role in bridging quantum devices across different frequency domains, but faces challenges in maintaining efficiency and robustness against fluctuations and dissipation in hybrid quantum systems. Here, we propose a topologically protected MTOC scheme mediated by a Rydberg superatom to address these limitations. By constructing cross-linked Fock-state lattices (FSLs) through a dual-mode Jaynes-Cummings (JC) architecture, we map the effective hybrid system onto an extended Su-Schrieffer-Heeger~(SSH) model with tunable hopping rates. Photon-number--dependent property of hopping rates triggers a topological phase transition in the extended SSH chain, converting the defect mode into a topological channel that directionally pumps photons between microwave and optical cavities. This mechanism leverages Rydberg blockade-enhanced photon-superatom couplings to establish a robust energy transfer channel, achieving high-efficiency photon conversion under realistic decoherence. Our theoretical framework demonstrates how topological protection synergizes with Rydberg-mediated light-matter interactions to realize a robust quantum transducer, providing a scalable platform for noise-resilient quantum networks and frequency-multiplexed quantum interfaces.
- Abstract（参考訳）: 単一光子のマイクロ波対光変換(MTOC)は、異なる周波数領域にわたる量子デバイスをブリッジする上で重要な役割を担っているが、ハイブリッド量子系における変動や散逸に対する効率性と堅牢性を維持する上での課題に直面している。
本稿では、これらの制限に対処するために、Rydberg超原子を介する位相的に保護されたMTOCスキームを提案する。
二重モードのJaynes-Cummings (JC) アーキテクチャを用いてFSL(Fock-state lattice) を構築することにより、実効ハイブリッドシステムを可変ホッピング率で拡張したSu-Schrieffer-Heeger~(SSH)モデルにマッピングする。
ホッピング速度の光子数に依存した性質は、拡張SSH鎖の位相相転移を引き起こし、欠陥モードをマイクロ波と光学キャビティの間で光子を直交するトポロジカルチャネルに変換する。
この機構は、Rydbergのブロックド強化光子-超原子結合を利用して、堅牢なエネルギー伝達チャネルを確立し、現実的なデコヒーレンスの下で高効率な光子変換を実現する。
我々の理論的枠組みは、トポロジカルプロテクションがRydbergによる光-物質相互作用とどのように相乗し、ロバストな量子トランスデューサを実現するかを示し、ノイズ耐性量子ネットワークと周波数多重化量子インタフェースのためのスケーラブルなプラットフォームを提供する。
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