論文の概要: Classical Simulation of an All-Optical Toffoli Gate using Soliton Scattering through Asymmetric Potential Wells
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.06883v1
- Date: Sat, 07 Jun 2025 18:12:46 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-10 16:33:10.542968
- Title: Classical Simulation of an All-Optical Toffoli Gate using Soliton Scattering through Asymmetric Potential Wells
- Title（参考訳）: 非対称ポテンシャル井戸によるソリトン散乱を用いた全光トフォリゲートの古典シミュレーション
- Authors: Melih Özkurt, Özgür E. Müstecaplıoğlu,
- Abstract要約: 非対称P"oschl-Teller電位井戸による空間ソリトン散乱に基づく全光トフォリゲートを数値シミュレーションする。
本研究では,2つのソリトン成分の相対的空間順序付けにおいて,対象ビットの論理状態を符号化する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We propose and numerically simulate an all-optical Toffoli (controlled-controlled-NOT) gate based on the scattering of spatial solitons by asymmetric P\"oschl-Teller potential wells. In our scheme, the logical state of the target bit is encoded in the relative spatial ordering of two distinguishable soliton components, while the control bits are represented by the presence or absence of external potential wells. We solve the nonlinear Schr\"odinger equations governing the soliton dynamics and systematically scan soliton amplitude and velocity, analyzing reflection and transmission coefficients to identify the operational conditions for Toffoli gate behavior. Our results demonstrate that introducing asymmetry in the potential wells significantly broadens the operational parameter window compared to symmetric configurations. We also investigate the impacts of varying degrees of asymmetry and soliton amplitude on gate performance. Furthermore, we examine the influence of weak inter-component coupling and confirm that it is not essential for gate operation. These findings generalize earlier soliton-based CNOT simulations and support the broader feasibility of classical analog modeling of multi-qubit logic gates in nonlinear optical systems.
- Abstract（参考訳）: 非対称なP\"oschl-Teller電位井戸による空間ソリトン散乱に基づく全光トフォリ(制御制御NOT)ゲートの提案と数値シミュレーションを行った。
本手法では,2つのソリトン成分の相対的空間順序で目標ビットの論理状態が符号化され,制御ビットは外部電位井戸の有無によって表される。
ソリトン力学を制御し、ソリトン振幅と速度を系統的に走査し、反射係数と透過係数を分析してトッホリゲートの動作条件を同定する非線形シュリンガー方程式を解く。
その結果、ポテンシャル井戸に非対称性を導入することは、対称構成に比べて操作パラメータウィンドウを大きく広げることを示した。
また,非対称性およびソリトン振幅がゲート性能に及ぼす影響についても検討した。
さらに,弱い成分間結合の影響について検討し,ゲート操作に欠かせないことを確認する。
これらの結果は、初期のソリトンに基づくCNOTシミュレーションを一般化し、非線形光学系におけるマルチキュービット論理ゲートの古典的アナログモデリングの可能性を支持する。
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