論文の概要: Deterministic and Universal Frequency-Bin Gate for High-Dimensional Quantum Technologies
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.06191v1
- Date: Fri, 05 Dec 2025 22:20:20 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-09 22:03:54.229573
- Title: Deterministic and Universal Frequency-Bin Gate for High-Dimensional Quantum Technologies
- Title（参考訳）: 高次元量子技術のための決定論的および普遍的周波数結合ゲート
- Authors: Xin Chen,
- Abstract要約: 本稿では,共振器を用いた総周波生成プロセスに基づく決定論的,普遍的,かつ完全にプログラム可能な高次元量子ゲートを提案する。
到達可能な次元は10から4までのエネルギーでM-by-Nに到達し、Nは最大で1000まで増加し、パルス整形器を用いてさらに増大させることができる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.342022432511726
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: High-dimensional photonic systems access large Hilbert spaces for quantum information processing. They offer proven advantages in quantum computation, communication, and sensing. However, implementing scalable, low-loss unitary gates across many modes remains a central challenge. Here we propose a deterministic, universal, and fully programmable high-dimensional quantum gate based on a cavity-assisted sum-frequency-generation process, achieving near-unity fidelity. The device implements an M-by-N truncated unitary transformation (with 1 <= M < N), or a full unitary when M = N, on frequency-bin modes. With current technology, the attainable dimensionality reaches M-by-N on the order of ten to the power of four, with N up to about one thousand, and can be further increased using multiple pulse shapers. Combined with compatible SPDC sources, high-efficiency detection, and fast feed-forward, this approach provides a scalable, fiber-compatible platform for high-dimensional frequency-bin quantum processing.
- Abstract（参考訳）: 高次元フォトニクスシステムは、量子情報処理のために大きなヒルベルト空間にアクセスする。
量子計算、通信、センシングにおいて証明された利点を提供する。
しかし、多くのモードでスケーラブルで低損失のユニタリゲートを実装することは、依然として中心的な課題である。
本稿では,共振器支援の総周波生成プロセスに基づく決定論的,普遍的,かつ完全にプログラム可能な高次元量子ゲートを提案する。
1 <= M < N の)M-by-N truncatedユニタリ変換を実装し、M = N のときの完全ユニタリを周波数ビンモードで実装する。
現在の技術では、到達可能な次元は10から4までのパワーでM-by-Nに到達し、Nは最大1000まで増加し、多重パルス整形器を用いてさらに増大させることができる。
互換性のあるSPDCソース、高効率検出、高速フィードフォワードと組み合わせることで、高次元周波数ビン量子処理のためのスケーラブルでファイバ互換なプラットフォームを提供する。
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