論文の概要: Quantum dynamics of microwave photons in synthetic frequency dimension
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.13736v1
- Date: Sat, 14 Feb 2026 12:01:18 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-02-17 14:17:28.366742
- Title: Quantum dynamics of microwave photons in synthetic frequency dimension
- Title（参考訳）: マイクロ波光子の合成周波数次元における量子ダイナミクス
- Authors: Zheshu Xie, Luojia Wang, Jiawei Qiu, Libo Zhang, Yuxuan Zhou, Ziyu Tao, Wenhui Huang, Yongqi Liang, Jiajian Zhang, Yuanzhen Chen, Song Liu, Jingjing Niu, Yang Liu, Youpeng Zhong, Luqi Yuan, Dapeng Yu,
- Abstract要約: 合成周波数次元は格子モデルをシミュレートし光子力学を制御するための強力なアプローチを提供する。
ここでは、合成周波数格子内の単一光子進化の量子状態初期化と検出を実証する。
本研究は,超伝導量子回路を,フレキシブル単一光子制御によるプログラム可能なハミルトニアンおよび合成格子のための汎用プラットフォームとして確立した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 15.026810874983171
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Synthetic frequency dimension offers a powerful approach to simulate lattice models and control photon dynamics. However, extending this concept into the quantum regime, particularly at the single-photon level, has remained challenging in photonic platforms. Here, we demonstrate quantum-state initialization and detection of single-photon evolutions within a synthetic frequency lattice by integrating a superconducting qubit with a 16-meter aluminum coaxial cable. A tunable superconducting quantum interference device (SQUID)-based modulator is employed to synthesize lattice couplings and artificial gauge fields. We observe single-photon quantum random walks and Bloch oscillations, as well as nonadiabatic, unidirectional frequency conversion under rapid temporal modulation of the lattice Hamiltonian, together with band-structure measurements. The lattice connectivity can be readily reconfigured to construct higher-dimensional lattices using multiple drive tones. Our results establish superconducting quantum circuits as a versatile platform for programmable Hamiltonians and extensible synthetic lattices with flexible single-photon control.
- Abstract（参考訳）: 合成周波数次元は格子モデルをシミュレートし光子力学を制御するための強力なアプローチを提供する。
しかし、この概念を量子状態、特に単光子レベルで拡張することは、フォトニックプラットフォームでは依然として困難である。
そこで, 超伝導量子ビットを16mのアルミニウム同軸ケーブルに統合することにより, 合成周波数格子内での単一光子進化の量子状態初期化と検出を実証する。
格子結合と人工ゲージ場を合成するために、可変超伝導量子干渉デバイス(SQUID)ベースの変調器を用いる。
格子ハミルトニアンの急激な時間変調の下で, 単光子量子ランダムウォークとブロッホ振動, および非断熱的, 一方向周波数変換をバンド構造測定とともに観測した。
格子接続は容易に再構成でき、複数の駆動音を使って高次元格子を構成することができる。
本研究は,超伝導量子回路を,フレキシブルな単一光子制御を持つプログラム可能なハミルトニアンおよび拡張可能な合成格子のための汎用プラットフォームとして確立した。
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