スピン光子界面によるエネルギー効率の高い量子非破壊測定

スピン光子界面によるエネルギー効率の高い量子非破壊測定

マリア・マッフェイ1、ブルーノ・O・ゴーズ2、スティーブン・C・ウェイン2,3、アンドリュー・N・ジョーダン4,5ロイック・ランコ6、アレクシア・オーフェーヴス7,8

1Dipartimento di Fisica、Università di Bari、I-70126 Bari、イタリア
2グルノーブル アルプ大学、CNRS、グルノーブル INP、Institut Néel、38000 グルノーブル、フランス
3Quandela SAS、10 Boulevard Thomas Gobert、91120 パレゾー、フランス
4量子研究所、チャップマン大学、1 University Drive、オレンジ、CA 92866、米国
5ロチェスター大学物理学および天文学部、ロチェスター、ニューヨーク州 14627、米国
6パリ シテ大学、ナノサイエンスおよびナノテクノロジー センター (C2N)、F-91120 パレゾー、フランス
7MajuLab、CNRS-UCA-SU-NUS-NTU 国際共同研究ラボ
8シンガポール国立大学量子技術センター、117543 シンガポール、シンガポール

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抽象

スピンフォトンインターフェース (SPI) は量子技術の重要なデバイスであり、スピン量子ビットと伝播する偏光パルスの間で量子情報をコヒーレントに転送することを目的としています。 私たちは、スピン状態の量子非破壊 (QND) 測定における SPI の可能性を研究しています。 SPI によって初期化され散乱された後の光パルスの状態はスピン状態に依存します。 したがって、これはポインタ状態の役割を果たし、情報は光の時間的および偏光の自由度でエンコードされます。 スピン光ダイナミクスの完全なハミルトニアン分解能に基づいて、ゼロ光子状態と単一光子状態の量子重ね合わせがコヒーレント光パルスよりも優れた性能を発揮し、同じ光子バジェットでより区別しやすいポインタ状態を生成することを示します。 コヒーレントパルスに対して量子パルスによってもたらされるエネルギー的利点は、光パルスに対して射影測定を実行することによってスピン状態に関する情報が古典レベルで抽出される場合にも維持される。 提案された方式は、最先端の半導体デバイスの不完全性に対して堅牢です。

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スピンフォトンインターフェース (SPI) は量子技術の重要なデバイスであり、スピン量子ビット (ストレージ量子ビット) と伝播する偏光パルス (飛行量子ビット) の間で量子情報をコヒーレントに転送することを目的としています。 量子技術と量子計測の分野で最近開かれた道に従って、量子リソースを活用してエネルギー効率の高い動作を実行する SPI の可能性を探ります。 私たちが分析する操作は、ほとんどの SPI ベースの技術アプリケーションの主要な構成要素、つまりスピンの量子非破壊 (QND) 測定です。 SPI によって初期化され散乱された後の光パルスの状態はスピン状態に依存します。 したがって、これはポインタ状態の役割を果たし、情報は光の時間的および偏光の自由度でエンコードされます。 私たちの研究は、衝突モデルの一般化に基づいたスピン光ダイナミクスの新しい、完全にハミルトニアンな解決に基づいています。 固定エネルギーでの QND 測定の品質に対する伝播場のさまざまなフォトニック統計の影響を調査します。 私たちは、光が平均して最大 XNUMX つの励起を運ぶ低エネルギー領域に焦点を当て、コヒーレント場をゼロ光子状態と単一光子状態の量子重ね合わせと比較します。 我々は、後者の方が前者よりも正確なスピンのQND測定をもたらし、したがってエネルギー的な量子的利点を提供することを発見した。 この利点は、量子ドットを使用した最先端の SPI 実装の現実的な不完全性に対して堅牢であることを示します。

►BibTeXデータ

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