論文の概要: Quantum information processing in modular cavity QED architectures

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.04747v1
• Date: Wed, 07 May 2025 19:29:43 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-09 21:43:49.6509
• Title: Quantum information processing in modular cavity QED architectures
• Title（参考訳）: モジュラーキャビティQEDアーキテクチャにおける量子情報処理
• Authors: Z. M. McIntyre,
• Abstract要約: この論文は空洞量子力学(QED)を用いた量子情報処理の様々な側面を探求する。 まず, 共振器から放射される音場の測定を, 立方体内雑音スペクトルに利用する方法を示す。 第3章では、縦共振器-量子ビット結合の適切な変調を利用できる新しい量子光学効果を示す。 第4章では、位相の最大感度推定にもqubit-of-path 絡み合いを利用することができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: This thesis contains a collection of articles exploring various aspects of quantum information processing with cavity quantum electrodynamics (QED), starting with qubit noise spectroscopy and building towards the longer-term goal of modular quantum-computing architectures equipped with protocols for controlling and correcting the states of distantly separated qubits. The first chapter presents a self-contained introduction to the field of cavity QED. Following this introductory material, we show in Chapter 2 how measurements of the field emitted by a cavity can be leveraged for in-situ qubit noise spectroscopy in the presence of significant inhomogeneous broadening. We also identify a signature of genuinely quantum noise in the cavity output field originating from the non-commutation of bath operators acting on the qubit. In Chapter 3, we present a novel quantum-optical effect whereby a suitable modulation of a longitudinal cavity-qubit coupling can be used to entangle the state of a qubit with the path taken by a multiphoton wavepacket. Entanglement between a qubit and a which-path degree-of-freedom can in turn be used to generate entanglement between distant stationary qubits. As shown in Chapter 4, qubit-which-path entanglement can also be exploited for maximally sensitive estimation of a phase in a Mach-Zehnder interferometry setup, i.e., sensing at the quantum Cram\'er-Rao bound. In Chapter 5, we discuss strategies for realizing stabilizer measurements using qubit-conditioned phase shifts applied to propagating pulses of radiation. We find that in the context of a subsystem surface code, photon loss during such stabilizer measurements would not introduce any horizontal hook errors on the code qubits. In the sixth and final chapter, we give protocols for performing entangling gates between distant stationary qubits using Fock- or time-bin encoded photons.
• Abstract（参考訳）: この論文は、空洞量子力学(QED)による量子情報処理の様々な側面を探求し、量子ビットノイズ分光から始まり、遠く離れた量子ビットの状態の制御と修正のためのプロトコルを備えたモジュラー量子コンピューティングアーキテクチャの長期的な目標に向かって構築する記事を含む。 第1章では空洞QEDの分野について自己完結した紹介を行っている。 この導入材料に続いて,第2章では,空洞から放射される音場の測定を,有意な不均一な広帯域化の存在下でのその場立方体雑音スペクトルに活用する方法を示す。 また、キュービットに作用するバス演算子の非可換性に起因するキャビティ出力場における真に量子ノイズの符号も同定する。 第3章では、縦共振器-量子ビットカップリングの適切な変調により、キュービットの状態と多光子ウェーブパケットの経路を絡み合わせることができる新しい量子光学効果を示す。 量子ビットと非自由度の間の絡み合いは、遠方定常量子ビット間の絡み合いを生成するために用いられる。 第4章に示すように、qubit-of-path の絡み合いは、マッハ・ツェンダー干渉計の設定における位相の最大敏感な推定、すなわち量子Cram\'er-Rao境界でのセンシングにも利用することができる。 第5章では、放射線の伝搬パルスに応用したクビット条件の位相シフトを用いた安定化器の測定方法について論じる。 サブシステム表面符号の文脈では、そのような安定化器測定における光子損失は、コードキュービットに水平フック誤差を導入しない。 第6章および第2章では、フォックまたはタイムビン符号化光子を用いて、遠方定常量子ビット間の係留ゲートを実行するためのプロトコルを提供する。

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