論文の概要: Spectro-temporally tailored Non-Gaussian Quantum Operations in Thin-Film Waveguides
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.04578v1
- Date: Wed, 06 Aug 2025 16:03:18 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-07 20:09:22.808059
- Title: Spectro-temporally tailored Non-Gaussian Quantum Operations in Thin-Film Waveguides
- Title（参考訳）: 薄膜導波路における分光時間調整非ガウス量子演算
- Authors: Peter Namdar, Patrick Folge, Carlos E. Lopetegui, Silia Babel, Benjamin Brecht, Christine Silberhorn, Valentina Parigi,
- Abstract要約: 本稿では、スペクトル時間モード選択型非ガウス量子演算をテレコム波長系に実装することの課題に対処する。
薄膜窒化リチウム非線形導波路を用いたモード選択型SPAおよびSPSを実現するための最初の設計枠組みを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Advancements in photonic platforms have enabled the precise control of light's spectral and temporal degrees of freedom, a capability crucial for the development of scalable quantum information systems. In this work, we address the challenge of implementing spectro-temporal mode-selective non-Gaussian quantum operations, specifically single-photon subtraction (SPS) and addition (SPA), in the telecom wavelength regime. Building on prior experimental demonstrations of mode-selective near-infrared SPS, we present the first design framework for achieving mode-selective SPA and SPS using thin-film lithium niobate nonlinear waveguide platforms. We introduce an inverse-design optimization scheme by modeling the quantum-optical response via the Joint Spectral Amplitude and Transfer Function, in order to identify optimal waveguide and pump parameters that maximize mode selectivity and state purity. This approach is first tested on a metallic waveguide design. We then exploit the dispersion engineering capabilities of thin-film waveguides, which offer enhanced nonlinear interactions through tighter light confinement. Our findings demonstrate that tailored nonlinear processes, particularly parametric down-conversion and frequency up-conversion, can support high-fidelity non-Gaussian operations essential for next-generation quantum photonic networks.
- Abstract（参考訳）: フォトニックプラットフォームの発展により、スケーラブルな量子情報システムの開発に不可欠な光のスペクトルと時間的自由度を正確に制御できるようになった。
本研究では,スペクトル時間モード選択型非ガウス量子演算,特に単一光子サブトラクション (SPS) と加算 (SPA) をテレコム波長系で実装することの課題に対処する。
モード選択型近赤外SPSの実験実験に基づいて, 薄膜窒化リチウム非線形導波路を用いたモード選択型SPAおよびSPSを実現するための最初の設計枠組みを提示する。
モード選択性と状態純度を最大化する最適導波路およびポンプパラメータを同定するために、共振器スペクトル振幅と転送関数を介して量子光学応答をモデル化して、逆設計最適化手法を導入する。
このアプローチは金属導波路の設計で最初にテストされる。
次に, 薄膜導波路の分散工学的特性を活用し, より密な光閉じ込めによる非線形相互作用を増強する。
本研究は, 非線形プロセス, 特にパラメトリックダウンコンバージョンと周波数アップコンバージョンが, 次世代量子フォトニクスネットワークに不可欠な高忠実性非ガウス演算をサポートすることを示す。
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