論文の概要: Generating spatially separated correlated multiphoton states in nonlinear waveguide quantum electrodynamics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.14281v1
• Date: Tue, 18 Nov 2025 09:16:12 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-19 16:23:53.030542
• Title: Generating spatially separated correlated multiphoton states in nonlinear waveguide quantum electrodynamics
• Title（参考訳）: 非線形導波路量子電磁力学における空間分離相関多光子状態の生成
• Authors: Jia-Qi Li, Anton Frisk Kockum, Xin Wang,
• Abstract要約: カスケード非弾性散乱による相関多光子絡み合った状態を生成するためのスケーラブルなアーキテクチャを提案する。 結果の出力状態は、空間的および時間的に孤立した光子数成分のプログラム可能な重ね合わせを形成する。 この研究は量子状態工学の新しいパラダイムを開き、複雑な多光子資源をオンデマンドで生成することを可能にする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.847677608712246
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Strongly correlated multi-photon states are indispensable resources for advanced quantum technologies, yet their deterministic generation remains challenging due to the inherent weak nonlinearity in most optical systems. Here, we propose a scalable architecture for producing correlated few-photon entangled states via cascaded inelastic scattering in a nonlinear waveguide. When a single photon scatters off a far detuned excited two-level emitter, it coherently converts into a propagating doublon, a bound photon pair with anomalous dispersion. This doublon can subsequently scatter off a downstream excited emitter to further convert into a triplon, and so on, thereby establishing a photon-number amplification cascade $|\cdot \rangle \!\! \rightarrow \!\! |\!\!: \rangle \!\! \rightarrow \! \! |\!\!\therefore \rangle \!\! \to \!\! ...$ Central to this process is the concept of a pseudo-giant atom, which we introduce here to capture the non-local scattering potential emergent from the wave functions of bound states. By implementing this scheme using a real giant atom with multiple engineered coupling points, we achieve unidirectional and full controllable photon conversion without backscattering. The resulting output state forms a programmable superposition of spatially and temporally isolated photon-number components, automatically sorted by their distinct group velocities. This work opens a new paradigm in quantum state engineering, enabling on-demand generation of complex multi-photon resources for quantum simulation, metrology, and scalable quantum networks.
• Abstract（参考訳）: 強い相関を持つ多光子状態は、先進的な量子技術には必須の資源であるが、ほとんどの光学系において固有の弱い非線形性のために決定論的生成は困難である。 本稿では,非線形導波路におけるカスケード非弾性散乱による相関多光子絡み合った状態を生成するスケーラブルなアーキテクチャを提案する。 単一光子が極端に変形した励起2レベルエミッタから散乱すると、コヒーレントに異常な分散を伴う束縛された光子対であるプロパゲーションダビロンへと変換される。 このダブルロンはその後、下流の励起エミッタから散乱してさらに三重項等に変換し、光子数増幅カスケード$|\cdot \rangle \! あー! きゃーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー あー! |\! あー! \rangle \! あー! きゃーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー あー! |\! あー! さっきの『rangle \! あー! \to \! あー! ここでは、境界状態の波動関数から発する非局所散乱ポテンシャルを捉えるために紹介する。 複数の工学的結合点を持つ実巨大原子を用いてこのスキームを実装することにより、後方散乱を伴わずに一方向かつフル制御可能な光子変換を実現する。 結果の出力状態は、その異なる群速度によって自動的にソートされる空間的および時間的に分離された光子数成分のプログラム可能な重ね合わせを形成する。 この研究は量子状態工学の新しいパラダイムを開き、量子シミュレーション、メトロジー、スケーラブルな量子ネットワークのための複雑な多光子資源をオンデマンドで生成することを可能にする。

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