論文の概要: Multipolar Nanophotonics with Quantum Computers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.16062v1
• Date: Mon, 12 Oct 2026 02:05:34 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-19 07:54:13.760221
• Title: Multipolar Nanophotonics with Quantum Computers
• Title（参考訳）: 量子コンピュータを用いた多極性ナノフォトニクス
• Abstract要約: 微小粒子は多極体と呼ばれる電気的および磁気的パターンを通して光に反応する。 量子ビット(量子ビット)でこれらの応答を表現する方法を示す。 量子回路を用いて散乱とパーセル効果を計算する。
• 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: Small particles respond to light through electric and magnetic patterns called multipoles. Their interference determines the direction of scattered light and affects the decay of nearby emitters. Larger nanoantenna arrays, metasurfaces, and other nanophotonic systems demand increasingly costly simulations to meet strict performance and reliability requirements. We show how to represent these responses with quantum bits (qubits) and use quantum circuits to calculate scattering and the Purcell effect, the change in an emitter's decay rate caused by its surroundings. The circuits can encode known multipoles or estimate unknown ones from Maxwell's equations at the particle surface. We test the method against classical theory using an ideal quantum simulator and real IBM and IonQ quantum computers. For a silicon nanoparticle of radius 78 nm illuminated at 679 nm, IonQ gives a forward directivity of 2.984, close to the ideal dipolar value 3, quantifying the concentration of scattered light in the forward direction. For an emitter 10 nm from a gold nanoparticle and emitting at 510 nm, IBM measurements yield a calculated total decay rate 20.48 times its vacuum value versus 20.47 from theory, with correction for errors in reading the qubit states. We also establish how the number of multipoles and the required accuracy set the demands on qubits and measurements. These results motivate quantum-assisted design studies of directional radiation and emitter decay in nanophotonic systems.
• Abstract（参考訳）: 微小粒子は多極体と呼ばれる電気的および磁気的パターンを通して光に反応する。 干渉によって散乱した光の方向が決定され、近くの放射体の崩壊に影響を与える。 より大きなナノアンテナアレイ、メタサーフェス、その他のナノフォトニクスシステムは、厳格な性能と信頼性の要求を満たすために、ますますコストのかかるシミュレーションを必要としている。 これらの応答を量子ビット(量子ビット)でどのように表現するかを示し、量子回路を用いて散乱とパーセル効果を計算し、エミッタの崩壊速度が周囲によって変化することを示す。 回路は既知の多極体を符号化したり、粒子表面のマクスウェル方程式から未知のものを推定することができる。 理想的な量子シミュレータと実IBMおよびIonQ量子コンピュータを用いて古典理論に対して実験を行った。 679nmで照射された半径78nmのシリコンナノ粒子に対して、イオンQは、理想双極子値3に近い2.984の前方指向性を与える。 金ナノ粒子からのエミッタ10nmと510nmのエミッタでは、IBMの測定値が真空値の20.48倍、理論から20.47倍となり、キュービット状態を読む際の誤差を補正する。 また、マルチポーラの数と必要な精度が、キュービットと測定の要求をどのように設定するかを確立する。 これらの結果は、ナノフォトニクス系における指向性放射とエミッタ崩壊の量子支援設計研究を動機付けている。

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