論文の概要: Scattering theory for cavity-assisted spin-motion-photon interactions
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.26542v1
- Date: Thu, 25 Jun 2026 02:34:58 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-06-26 18:46:32.147036
- Title: Scattering theory for cavity-assisted spin-motion-photon interactions
- Title（参考訳）: キャビティ支援スピンモーション光子相互作用の散乱理論
- Abstract要約: キャビティアシスト光子散乱(CAPS)は、量子ビットと飛行光子の間の強い相互作用を実現するための強力なメカニズムである。
近年,原子量子ビットを用いた量子情報処理において,運動量子状態が重要な構成要素として出現している。
我々は、原子運動と反射光子のコヒーレント相互作用を組み込んだCAPSのための完全な分析フレームワークを開発する。
- 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: Cavity-assisted photon scattering (CAPS) is a powerful mechanism for realizing strong interactions between the internal states of stationary qubits and flying photons, underpinning a broad range of hybrid atom-photon protocols including remote entanglement generation and heralded atom-photon gates. Recently, the motional quantum state has emerged as an important building block for quantum information processing with atomic qubits, both as a coherently controllable degree of freedom and as a fundamental error channel through undesired spin-motion coupling. For the resonant-coupling regime of cavity quantum electrodynamics relevant to CAPS operations, however, the analytical formulation of spin-motion-photon coupling has so far remained elusive. Here, we develop a complete analytical framework for CAPS that incorporates the coherent interaction between atomic motion and a reflected photon by extending scattering theory to include the motional degree of freedom. The resulting compact operator-based input-output relation applies uniformly across various cavity geometries, spin-dependent trapping potentials, and nonidentical multiple spins. As an exemplary application, we use the framework to elucidate how atomic motion affects CAPS-based atom-photon gates, identifying the parameter regimes that suppress motion-induced errors. Our framework provides a theoretical foundation both for mitigating motional errors in CAPS operations and for deliberately exploiting motion-photon interaction at the atom-photon interface.
- Abstract（参考訳）: キャビティアシスト光子散乱(キャビティアシスト光子散乱、CAPS)は、静止量子ビットの内部状態とフライング光子の強い相互作用を実現するための強力なメカニズムであり、リモート・エンタングルメント・ジェネレーションやヘラルド原子-光子ゲートを含む幅広いハイブリッド原子-光子・プロトコルの基盤となる。
近年、運動量子状態は原子量子ビットによる量子情報処理の重要な構成要素として現れており、コヒーレントに制御可能な自由度と、望ましくないスピン-モーション結合による基本的なエラーチャネルである。
しかし、キャビティ量子電磁力学の共振結合系については、スピン運動-光子結合の解析的な定式化はいまだに解明されていない。
本稿では,原子運動と反射光子とのコヒーレント相互作用を取り入れたCAPSの完全な解析フレームワークを開発する。
結果として生じるコンパクトな演算子ベースの入出力関係は、様々な空洞幾何学、スピン依存トラップポテンシャル、および非同一の多重スピンに一様に適用される。
模範的な応用として、原子運動がCAPSベースの原子光子ゲートにどのように影響するかを解明するためにこのフレームワークを使用し、運動誘起誤差を抑制するパラメーターレシスタンスを同定する。
本フレームワークは,CAPS操作における動作誤差の軽減と,原子-光子界面における動作-光子相互作用を意図的に活用するための理論的基盤を提供する。
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