論文の概要: Generation of Schrödinger cat-like states via degenerate dual pump spontaneous four-wave mixing in a $χ^{(3)}$ microring resonator

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.15275v1
• Date: Thu, 16 Apr 2026 17:45:58 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-17 21:29:32.036164
• Title: Generation of Schrödinger cat-like states via degenerate dual pump spontaneous four-wave mixing in a $χ^{(3)}$ microring resonator
• Title（参考訳）: マイクロリング共振器における2重ポンプ自発4波混合によるシュレーディンガー猫様状態の生成
• Authors: Ranjit Singh, Alexander E. Teretenkov,
• Abstract要約: 理論上は、$(3)$ベースのマイクロリング共振器における双対ポンプ自発4波混合による非ガウス量子状態の生成について検討する。 非散逸的の場合、信号モード $hatb_3$ または $hata_3$ は、構造化された光子数分布を持つ明らかな非ガウス的特徴を示す。 マイクロリング共振器における二重励起自発4波混合は, 消散条件下での猫様状態の生成と制御に有望なプラットフォームであることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 46.07145155913717
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We theoretically investigate the generation of non-Gaussian quantum states, specifically Schrödinger cat-like states (SCLSs), via degenerate dual-pump spontaneous four-wave mixing in a $χ^{(3)}$-based microring resonator. By introducing a unitary transformation that exactly decouples the self-phase modulation (SPM) and cross-phase modulation (XPM) terms, we reduce the full nonlinear Hamiltonian to an effective three-mode interaction. The resulting dynamics (decoupled and full Hamiltonians) are studied using the Lindblad master equation, accounting for cavity losses. Unlike semiclassical or parametric approximations, our full quantum mechanical approach explicitly includes quantum pump depletion, which enables the emergence and observation of non-Gaussian features. We compute the Wigner function, photon number distributions, quadrature variances, Fano factor, Schmidt number, and fidelity to characterize the generated states. For the non-dissipative case, we find that the signal mode $\hat{b}_3$ or $\hat{a}_3$ exhibits clear non-Gaussian features with a structured Wigner function and even-dominated photon number distribution, characteristic of an even coherent state. In the presence of dissipation ($γ_j = 0.2$), the interference fringes become faint, odd photon numbers appear, and the fidelity with the ideal state remains high ($>0.9$), indicating robustness. The pump mode $\hat{b}_1$ or $\hat{a}_1$ remains Gaussian, while both modes display super-Poissonian statistics and entanglement ($>2$). Our results demonstrate that degenerate dual-pump spontaneous four-wave mixing in microring resonators is a promising platform for generating and controlling cat-like states under dissipative conditions.
• Abstract（参考訳）: 理論的には、非ガウス量子状態、特にシュレーディンガー・キャットライク状態(SCLSs)の生成を、99ドル ^{(3)}$ のマイクロリング共振器において、二重励起自発4波混合により理論的に検討する。 自己位相変調(SPM)と相互位相変調(XPM)の項を正確に分離するユニタリ変換を導入することにより、完全な非線形ハミルトニアンを有効3モード相互作用に還元する。 結果として得られる力学(疎結合およびフルハミルトニアン)は、キャビティ損失を考慮に入れたリンドブラッドマスター方程式を用いて研究される。 半古典的あるいはパラメトリックな近似とは異なり、我々の完全な量子力学的アプローチは、非ガウス的特徴の出現と観測を可能にする量子ポンプの枯渇を明示的に含んでいる。 We compute the Wigner function, photon number distributions, quadrature variances, Fano factor, Schmidt number, and fidelity to characterizedize the generated state。 非散逸的の場合、信号モード $\hat{b}_3$ または $\hat{a}_3$ は、構造化ウィグナー関数と偶数支配光子数分布を持つ明確な非ガウス的特徴を示す。 散逸(γ_j = 0.2$)の存在下では、干渉線はかすかになり、奇数光子数は出現し、理想状態の忠実度は高い(>0.9$)。 ポンプモード $\hat{b}_1$ または $\hat{a}_1$ はガウス的であり、両方のモードは超ポアソン統計と絡み合い($>2$)を示す。 マイクロリング共振器における二重励起自発4波混合は, 消散条件下での猫様状態の生成と制御に有望なプラットフォームであることを示す。

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