論文の概要: Dynamic stimulated emission for deterministic addition and subtraction of propagating photons

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.09711v1
• Date: Wed, 10 Dec 2025 14:57:58 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-11 15:14:53.563844
• Title: Dynamic stimulated emission for deterministic addition and subtraction of propagating photons
• Title（参考訳）: プロパゲーション光子の決定的付加と減算のための動的励起放出
• Authors: Haoyuan Luo, Parth S. Shah, Frank Yang, Mohammad Mirhosseini, Sahand Mahmoodian,
• Abstract要約: 本稿では, 時間依存性の結合により, 量子エミッタが励起エミッタを発生させる, テクトダイナミック励起エミッタの概念を紹介する。 2レベルと3レベルの両方のエミッタに対して、このプロセスは光子を1つの伝搬光学モードに決定的に付加または減算するために使用できることを示す。 我々のプロトコルは、単一光子を超えた単一モード非ガウス光の効率的な源を構築するために量子エミッタを統合するための道を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6157382820537719
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Photon subtraction and addition are essential non-Gaussian processes in quantum optics, where conventional methods using linear optics and number-resolving detection often suffer from low success probability. Here, we introduce the concept of \textit{dynamic stimulated emission}, whereby a quantum emitter undergoes stimulated emission with a time-dependent coupling. We show that, for both two- and three-level emitters, this process can be used to deterministically add or subtract a photon to a single propagating optical mode. We provide semi-analytic solutions to this problem for Fock states, enabling deterministic and unconditional single-photon subtraction and addition with fidelity ${\cal F}>0.996$. Our semi-analytic solutions are provided for both dynamically coupled two-level systems and for three-level systems whose dynamical coupling is controlled by a coherent laser drive. Moving beyond individual Fock states, we further showcase the ability to subtract and add single photons to photon-number superposition states. We show that Schrödinger cat states can be prepared from squeezed vacuum input via cascaded subtraction or cascaded addition. Finally, we show that our photon-addition process can be used to add a photon to any squeezed and displaced state with high success probability and fidelity ${\cal F}>0.99$, thereby potentially converting quantum emitters from single-photon sources to sources of single-photon-added Gaussian states without the need for inline squeezing. Our protocols provide a path towards integrating quantum emitters to construct efficient sources of single-mode non-Gaussian light beyond single photons.
• Abstract（参考訳）: 光子サブトラクションと加算は、線形光学と数分解検出を用いる従来の方法が成功確率の低い場合、量子光学において必須の非ガウス過程である。 ここでは、量子エミッタが時間依存的な結合で励起エミッタを振舞う「textit{dynamic stimulated emission」という概念を紹介する。 2レベルと3レベルの両方のエミッタに対して、このプロセスは光子を1つの伝搬光学モードに決定的に付加または減算するために使用できることを示す。 我々は、Fock状態に対するこの問題に対する半解析的解を提供し、決定論的かつ無条件の単光子減算と忠実度${\cal F}>0.996$の追加を可能にする。 動的に結合した2レベルシステムと,コヒーレントレーザー駆動によって動的結合が制御される3レベルシステムの両方に対して,我々の半解析ソリューションを提供する。 個々のフォック状態を超えて、光子数重畳状態に1つの光子を減算し、付加する能力を示す。 シュレーディンガー猫状態はカスケードサブトラクションやカスケード付加による真空加圧により調製できることが示されている。 最後に、我々の光子付加プロセスは、高い成功確率と忠実度を持つ任意の励起状態と非置換状態に光子を付加することができることを示し、これにより、単一光子源からの量子エミッタを、インラインスクイーズを必要とせずに単一光子付加ガウス状態のソースに変換することが可能である。 我々のプロトコルは、単一光子を超えた単一モード非ガウス光の効率的な源を構築するために量子エミッタを統合するための道を提供する。

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