1Dipartimento di Chimica Fisica, Università dei Paesi Baschi UPV/EHU, Apartado 644, 48080 Bilbao, Spagna
2EHU Quantum Center, Università dei Paesi Baschi UPV/EHU
3Centro Basco di Matematica Applicata (BCAM), Alameda de Mazarredo 14, 48009 Bilbao, Paesi Baschi, Spagna
4IKERBASQUE, Fondazione basca per la scienza, Plaza Euskadi 5, 48009 Bilbao, Spagna
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Astratto
I protocolli di comunicazione quantistica e metrologica a microonde all'aperto devono essere in grado di trasferire risorse quantistiche da un criostato, dove vengono create, a un ambiente dominato dal rumore termico. Infatti, gli stati che trasportano tali risorse quantistiche sono generati in un criostato caratterizzato da una temperatura $T_text{in} simeq 50 $ mK e un'impedenza intrinseca $Z_text{in} = 50 , Omega$. Quindi, è necessario un dispositivo simile ad un'antenna per trasferirli con perdite minime all'aria aperta, caratterizzato da un'impedenza intrinseca di $Z_text{out} = 377 , Omega$ e una temperatura $T_text{out} simeq 300$ K. Questo dispositivo realizza una corrispondenza di impedenza regolare tra il criostato e l'aria aperta. Qui, studiamo la trasmissione di stati termici compressi a due modalità, sviluppando una tecnica per progettare la forma ottimale di un'antenna complanare per preservare l'entanglement. Sulla base di una procedura di ottimizzazione numerica, troviamo la forma ottimale dell'impedenza e proponiamo un ansatz funzionale per descrivere qualitativamente questa forma. Inoltre, questo studio rivela che la riflettività dell'antenna è molto sensibile a questa forma, in modo che piccoli cambiamenti influiscano notevolmente sull'entanglement risultante, che avrebbe potuto essere una limitazione nei precedenti esperimenti che impiegavano antenne commerciali. Questo lavoro è rilevante nei campi del rilevamento quantistico a microonde e della metrologia quantistica con applicazioni speciali allo sviluppo del radar quantistico, nonché di qualsiasi protocollo di comunicazione quantistica a microonde all'aperto.
Immagine di primo piano: un segnale a microonde quantistico, generato all'interno di un criostato, trasmesso all'aria aperta da un'antenna.
Riepilogo popolare
Questi esperimenti e proposte si basano su un'efficace distribuzione dell'entanglement. Nel regime delle microonde, gli stati entangled vengono generati in un criostato a temperature inferiori a 50 mK al fine di ridurre il rumore termico. L'impedenza impiegata nella tecnologia dei circuiti superconduttori è 50 Ω, poiché è adattata all'elettronica di controllo classica disponibile. Al contrario, l'impedenza all'aria aperta è di circa 377 Ω e la temperatura di circa 300 K. Quindi, la trasmissione wireless di segnali quantistici richiede un'antenna, essenzialmente un mezzo disomogeneo che esegua l'adattamento dell'impedenza mantenendo le proprietà di entanglement. Sorprendentemente, l'efficienza del trasferimento dell'entanglement è estremamente sensibile alla funzione di impedenza all'interno della cavità e, di conseguenza, alla forma dell'antenna. Nel nostro manoscritto, otteniamo la forma ottimale di un'antenna complanare appositamente progettata per la distribuzione dell'entanglement all'aria aperta e mostriamo la sua elevata sensibilità a piccole imperfezioni nella forma dell'antenna. Ad esempio, secondo i nostri calcoli, l'uso di antenne commerciali nei suddetti esperimenti verso i radar quantistici ha contribuito in modo drammatico alla distribuzione dell'entanglement senza successo, poiché una deviazione superiore al 3% dalla forma ottimale distrugge completamente le correlazioni quantistiche.
Questo lavoro ha applicazioni nei protocolli di comunicazione quantistica a microonde wireless che richiedono tecniche di distribuzione dell'entanglement efficienti, nonché nei protocolli di rilevamento quantistico e metrologia quantistica che funzionano nel regime delle microonde, in particolare per i radar quantistici.
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► Riferimenti
, J. Koch, TM Yu, J. Gambetta, AA Houck, DI Schuster, J. Majer, A. Blais, MH Devoret, SM Girvin e RJ Schoelkopf, design del qubit insensibile alla carica derivato dalla scatola della coppia Cooper, Phys. Rev. A 76, 042319 (2007). DOI: 10.1103/PhysRevA.76.042319.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.76.042319
, F. Arute et al., Supremazia quantistica utilizzando un processore superconduttore programmabile, Nature 574, 505 (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1666-5.
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1666-5
, KG Fedorov et al., Entanglement quantistico a tempo finito nella propagazione di microonde compressi, Sci. Rep. 8, 6416 (2018). DOI: 10.1038/s41598-018-24742-z.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41598-018-24742-z
, S. Pogorzalek et al., Preparazione dello stato remoto quantistico sicuro di stati a microonde compressi, Nat. comm. 10, 2604 (2019). DOI: 10.1038/s41467-019-10727-7.
https://doi.org/10.1038/s41467-019-10727-7
, KG Fedorov et al., Teletrasporto quantistico sperimentale di microonde propaganti, Sci. avv. 7, eabk0891 (2021). DOI: 10.1126/sciadv.abk0891.
https:///doi.org/10.1126/sciadv.abk0891
, F. Fesquet et al., Prospettive della distribuzione della chiave quantistica a microonde in aria aperta, arXiv: 2203.05530 (2022). DOI: 10.48550/arXiv.2203.05530.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2203.05530
, T. Gonzalez-Raya et al., Distribuzione di entanglement a microonde all'aperto per il teletrasporto quantistico, arXiv:2203.07295 (2022). DOI: 10.48550/arXiv.2203.07295. Accettato nella revisione fisica applicata.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2203.07295
arXiv: 2203.07295
, D. Cuomo, M. Caleffi e AS Cacciapuoti, Verso un ecosistema di calcolo quantistico distribuito, ET Quantum Communication 1, 3 (2020). DOI: 10.1049/iet-qtc.2020.0002.
https:///doi.org/10.1049/iet-qtc.2020.0002
, M. Sanz, U. Las Heras, JJ Garcia-Ripoll, E. Solano e R. Di Candia, Quantum Estimation Methods for Quantum Illumination, Phys. Rev. Lett. 118, 070803 (2017). DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.070803.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.070803
, U. Las Heras, R. Di Candia, KG Fedorov, F. Deppe, M. Sanz ed E. Solano, L'illuminazione quantistica rivela il mantello che induce lo sfasamento, Sci. Rep. 7, 9333 (2017). DOI: 10.1038/s41598-017-08505-w.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41598-017-08505-w
, M. Reichert, R. Di Candia, MZ Win e M. Sanz, Quantum-Enhanced Doppler Radar/Lidar, arXiv: 2203.16424 (2022). DOI: 10.48550/arXiv.2203.16424.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2203.16424
, M. Sanz, KG Fedorov, F. Deppe e E. Solano, Challenges in Open-air Microwave Quantum Communication and Sensing, IEEE Conference on Antenna Measurements & Applications (CAMA), 1-4 (2018). DOI: 10.1109/CAMA.2018.8530599.
https:///doi.org/10.1109/CAMA.2018.8530599
, M. Casariego et al., Propagazione delle microonde quantistiche: verso applicazioni nella comunicazione e nel rilevamento, arXiv: 2205.11424 (2022). DOI: 10.48550/arXiv.2205.11424.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2205.11424
, M. Mariantoni et al., Spettroscopia di Planck e Quantum Noise of Microwave Beam Splitter, Phys. Rev. Lett. 105, 133601 (2010). DOI: 10.1103/PhysRevLett.105.133601.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.133601
, C. Eichler, D. Bozyigit, C. Lang, M. Baur, L. Steffen, JM Fink, S. Filipp e A. Wallraff, Osservazione della spremitura a due modalità nel dominio della frequenza delle microonde, Phys. Rev. Lett. 107, 113601 (2011). DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.113601.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.113601
, EP Menzel et al., Path Entanglement of Continuous-Variable Quantum Microwaves, Phys. Rev. Lett. 109, 252502 (2012). DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.250502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.109.250502
, S. Pogorzalek et al., Risposta al flusso isteretico e guadagno non degenerato degli amplificatori parametrici Josephson guidati dal flusso, Phys. Rev. Appl. 8, 024012 (2018). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.8.024012.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.8.024012
, KG Fedorov et al., Displacement of Propagating Squeezed Microwave States, Phys. Rev. Lett. 117, 020502 (2016). DOI: 10.1103/PhysRevLett.117.020502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.117.020502
, SR Sathyamoorthy, TM Stace e G. Johansson, Detecting itinerant single microonde photons, Comptes Rendus Physique 17, 756 (2016). DOI: 10.1016/j.crhy.2016.07.010.
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.crhy.2016.07.010
, S. Kono, K. Koshino, Y. Tabuchi, A. Noguchi e Y. Nakamura, rilevamento quantistico di non demolizione di un fotone a microonde itinerante, Nat. Phys. 14, 546 (2018). DOI: 10.1038/s41567-018-0066-3.
https://doi.org/10.1038/s41567-018-0066-3
, R. Dassonneville, R. Assouly, T. Peronnin, P. Rouchon e B. Huard, Fotocontatore a risoluzione numerica per la propagazione della modalità a microonde, Phys. Rev. Applicato 14, 044022 (2020). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.14.044022.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.14.044022
, JCG Lesurf, Il rumore del cielo (1995). [In linea]. Internet: www.st-andrews.ac.uk/www pa/Scots Guide/RadCom/part8/page3.html.
https:///www.st-andrews.ac.uk/~www_pa/Scots_Guide/RadCom/part8/page3.html
, CW Sandbo Chang, AM Vadiraj, J. Bourassa, B. Balaji e CM Wilson, radar di rumore potenziato quantistico, Appl. Phys. Lett. 114, 112601 (2019). DOI: 10.1063/1.5085002.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5085002 mila
, D. Luong, CW Sandbo Chang, AM Vadiraj, A. Damini, CM Wilson e B. Balaji, Caratteristiche operative del ricevitore per un prototipo di radar a compressione bimodale quantistica, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems 56, 2041 (2020). DOI: 10.1109/TAES.2019.2951213.
https:///doi.org/10.1109/TAES.2019.2951213
, S. Barzanjeh, S. Pirandola, D. Vitali e JM Fink, Illuminazione quantistica a microonde utilizzando un ricevitore digitale, Sci. avv. 6, 19 (2020). DOI: 10.1126/sciadv.abb0451.
https:///doi.org/10.1126/sciadv.abb0451
, DM Pozar, Ingegneria delle microonde, (John Wiley & figli, 2012).
, R. Di Candia et al., Teletrasporto quantistico di microonde quantistiche propaganti, EPJ Quantum Technology 2, 25 (2015). DOI: 10.1140/epjqt/s40507-015-0038-9.
https://doi.org/10.1140/epjqt/s40507-015-0038-9
, MS Kim, W. Son, V. Buzek e PL Knight, Entanglement by a beam splitter: Nonclassicality as a prerequisito per entanglement, Phys. Rev. A 65, 032323 (2002). DOI: 10.1103/PhysRevA.65.032323.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.032323
, A. Serafini, F. Illuminati, MGA Paris e S. De Siena, Entanglement e purezza di stati gaussiani bimodali nei canali rumorosi, Phys. Rev. A 69, 022318 (2004). DOI: 10.1103/PhysRevA.69.022318.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.69.022318
, G. Adesso e F. Illuminati, Misure gaussiane dell'entanglement contro negatività: Ordinamento degli stati gaussiani bimodali, Phys. Rev. A 72, 032334 (2005). DOI: 10.1103/PhysRevA.72.032334.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.72.032334
, M. Göppl et al., Risonatori a guida d'onda complanari per l'elettrodinamica quantistica dei circuiti, J. Appl. Phys. 104, 113904 (2008). DOI: 10.1063/1.3010859.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.3010859 mila
, JR Clem, Induttanze e costante di attenuazione per un risonatore a guida d'onda complanare superconduttore a film sottile, J. Appl. Phys. 113, 013910 (2013). DOI: 10.1063/1.4773070.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.4773070 mila
, R. De Paolis et al., Modello di circuito di inchiostri a nanotubi di carbonio per dispositivi microelettronici e sintonizzabili a microonde, IEEE MTT-S International Microwave Symposium, pp. 1-4 (2011). DOI: 10.1109/MWSYM.2011.5972853.
https:///doi.org/10.1109/MWSYM.2011.5972853
, KA Al Shamaileh, NI Dib e SA Abushamleh, filtro passa-basso basato su guida d'onda coplanare con conduttore di larghezza variabile con una traccia del segnale costante per la separazione dei terreni adiacenti, microonde IET, antenne e propagazione 13 (3), 386 (2019). DOI: 10.1049/iet-map.2018.5394.
https:///doi.org/10.1049/iet-map.2018.5394
Citato da
[1] Tasio Gonzalez-Raya, Mateo Casariego, Florian Fesquet, Michael Renger, Vahid Salari, Mikko Möttönen, Yasser Omar, Frank Deppe, Kirill G. Fedorov e Mikel Sanz, "Distribuzione di entanglement a microonde all'aperto per il teletrasporto quantistico", arXiv: 2203.07295.
[2] Florian Fesquet, Fabian Kronowetter, Michael Renger, Qiming Chen, Kedar Honasoge, Oscar Gargiulo, Yuki Nojiri, Achim Marx, Frank Deppe, Rudolf Gross e Kirill G. Fedorov, "Prospettive della distribuzione della chiave quantistica a microonde all'aperto ”, arXiv: 2203.05530.
[3] Mateo Casariego, Yasser Omar e Mikel Sanz, "Illuminazione bi-frequenza: un protocollo quantistico", arXiv: 2010.15097.
[4] Mateo Casariego, Emmanuel Zambrini Cruzeiro, Stefano Gherardini, Tasio Gonzalez-Raya, Rui André, Gonçalo Frazão, Giacomo Catto, Mikko Möttönen, Debopam Datta, Klaara Viisanen, Joonas Govenius, Mika Prunnila, Kimmo Tuominen, Maximilian Reichert, Michael Renger , Kirill G. Fedorov, Frank Deppe, Harriet van der Vliet, AJ Matthews, Yolanda Fernández, R. Assouly, R. Dassonneville, B. Huard, Mikel Sanz e Yasser Omar, “Propagating Quantum Microwaves: Towards Applications in Communication and Sensing ”, arXiv: 2205.11424.
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