論文の概要: Waveguides in a quantum perspective

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.14292v1
• Date: Tue, 20 May 2025 12:42:07 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-21 14:49:53.17618
• Title: Waveguides in a quantum perspective
• Title（参考訳）: 量子的視点における導波路
• Authors: Eddy Collin, Alexandre Delattre,
• Abstract要約: 希釈クライオスタット温度で作動する固体量子デバイスは、量子状態の駆動と読み出しにマイクロ波信号に依存している。 ここでは、最も単純なカルト型測地(平行プレート、矩形管)を記述する量子論について述べる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 49.1574468325115
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Solid state quantum devices, operated at dilution cryostat temperatures, are relying on microwave signals to both drive and read-out their quantum states. These signals are transmitted into the cryogenic environment, out of it towards detection devices, or even between quantum systems by well-designed waveguides, almost lossless when made of superconducting materials. Here we report on the quantum theory that describes the simplest Cartesian-type geometries: parallel plates, and rectangular tubes. The aim of the article is twofold: first on a technical and pragmatic level, we provide a full and compact quantum description of the different traveling wave families supported by these guides. Second, on an ontological level, we interpret the results and discuss the nature of the light fields corresponding to each mode family. The concept of potential difference is extended from transverse electric-magnetic (TEM) waves to all configurations, by means of a specific gauge fixing. The generalized flux $\phi$ introduced in the context of quantum electronics becomes here essential: it is the scalar field, conjugate of a charge $Q$, that confines light within the electrodes, let them be real or virtual. The gap in the dispersion relations of non-TEM waves turns out to be linked either to a potential energy necessary for the photon confinement, or to a kinetic energy arising from a photon mass. We finally compute the field zero-point fluctuations in every configuration. The theory is predictive: the lowest transverse magnetic (TM) modes should have smaller quantum noise than the higher ones, which at large wavevectors recover a conventional value similar to TEM and transverse electric (TE) ones. Such low-noise modes might be particularly useful for the routing of quantum information.
• Abstract（参考訳）: 希釈クライオスタット温度で作動する固体量子デバイスは、量子状態の駆動と読み出しの両方にマイクロ波信号に依存している。 これらの信号は低温環境に送信され、検出装置へ、あるいはよく設計された導波路によって量子システムの間でも、超伝導材料で作られた場合ほとんどロスレスである。 ここでは、最も単純なカルト型測地(平行プレート、矩形管)を記述する量子論について述べる。 この記事の目的は2つある: まず、技術的かつ実用的なレベルで、これらのガイドによって支えられる異なる進行波列の完全な、コンパクトな量子記述を提供する。 第二に、オントロジレベルでは、結果を解釈し、各モードファミリに対応する光場の性質について議論する。 電位差の概念は、特定のゲージ固定により、横方向の電磁(TEM)波から全ての構成に拡張される。 量子エレクトロニクスの文脈で導入された一般化されたフラックス$\phi$は、必須となる:これはスカラー場であり、電荷$Q$の共役であり、電極内に光を閉じ込め、現実的または仮想的なものにする。 非TEM波の分散関係のギャップは、光子閉じ込めに必要なポテンシャルエネルギーと、光子質量から生じる運動エネルギーに関係していることが判明した。 最終的に、各構成におけるフィールドゼロ点ゆらぎを計算する。 この理論は予測的であり、最小の横磁場(TM)モードは高次のモードよりも量子ノイズが小さく、大きなウェーブベクターではTEMや横電気(TE)モードに似た従来の値が復元される。 このような低ノイズモードは、量子情報のルーティングに特に有用である。

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