論文の概要: Arbitrary control of the temporal waveform of photons during spontaneous emission
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.23462v1
- Date: Fri, 28 Nov 2025 18:54:08 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-01 19:47:56.032356
- Title: Arbitrary control of the temporal waveform of photons during spontaneous emission
- Title（参考訳）: 自然放出時の光子の時間波形の任意制御
- Authors: Carl Thomas, Rebecca Munk, Boris Blinov,
- Abstract要約: 単一量子エミッタからの自然放出時に発生する光子の時間波形とフォック状態統計の制御は、ハイブリッド量子システムの構築において重要なツールとなる。
終生のエミッタから任意の時間波形の光子を生成する方法について述べる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Control of the temporal waveform and Fock state statistics of photons produced during spontaneous emission from single quantum emitters provides a crucial tool in the establishment of hybrid quantum systems, optimal state transfer and interferometric stability of network architectures based on flying qubits. We describe a method to generate photons of any temporal waveform from emitters of any lifetime. Our broadly applicable approach has only two requirements for a candidate qudit: (1) control of the phase-parity and (2) modulation of the amplitude of a field coupling a ground state to an excited manifold which produces a photon during relaxation. We detail how to find optimal excitation pulse shapes, both numerically and experimentally, by employing variational algorithms to feedback on atomic populations. Additionally, we develop Quantum Monte Carlo based tools to determine emission statistics and establish techniques for optimal post-selection to ensure maximum fidelity of photon generation protocols. We situate our work in the context of other prior research on bespoke single photon sources and networking including post-emission pulse shaping, temporal gating and cavity-based methods. In comparison, our free-space process has greater flexibility in producing any waveform, requires less infrastructure and can be readily applied across a wide domain of emitters of any frequency or lifetime. We demonstrate temporal waveform shaping in $^{174}$Yb$^+$ trapped ions. Using feedforward validation of photon waveforms, we estimate an achievable process fidelity of at least $\approx$0.996.
- Abstract（参考訳）: 単一量子エミッタからの自然放出時に発生する光子の時間波形とフォック状態統計の制御は、ハイブリッド量子システムの構築、最適状態伝達、および空飛ぶ量子ビットに基づくネットワークアーキテクチャの干渉安定性において重要なツールとなる。
終生のエミッタから任意の時間波形の光子を生成する方法について述べる。
提案手法は,(1)位相パリティの制御と(2)基底状態と光子を生成する励起多様体とを結合する場の振幅の変調の2つの条件しか持たない。
本稿では,原子集団に対するフィードバックに変分アルゴリズムを用いることにより,数値的・実験的に最適な励起パルス形状を求める方法について述べる。
さらに、発光統計を定量化し、光子生成プロトコルの最大忠実性を確保するために最適なポストセレクションのための技術を確立するためのQuantum Monte Carloベースのツールを開発した。
本研究は,入射後パルス整形,時間的ゲーティング,キャビティに基づく手法を含む,単光子源およびネットワークに関する他の先行研究の文脈で検討する。
対照的に、我々の自由空間プロセスは任意の波形を生成する際の柔軟性が向上し、インフラの必要も少なくなり、周波数や寿命の広いエミッター領域に容易に適用できる。
我々は, トラップイオンの時間波形形成を$^{174}$Yb$^+$で示す。
フォトン波形のフィードフォワード検証を用いて、少なくとも$\approx$0.996の達成可能なプロセス忠実度を推定する。
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