스핀-광자 인터페이스를 사용한 에너지 효율적인 양자 비파괴 측정

스핀-광자 인터페이스를 사용한 에너지 효율적인 양자 비파괴 측정

타임 스탬프 : 31 년 2023 월 6 일 오전 42:XNUMX

마리아 마페이1, 브루노 O. 간다2, 스티븐 C. 웨인2,3, 앤드류 N. 조던4,5, 로익 랑코6, 그리고 알렉시아 오페브스7,8

1Dipartimento di Fisica, Università di Bari, I-70126 바리, 이탈리아
2Université Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, Institut Néel, 38000 그르노블, 프랑스
3Quandela SAS, 10 Boulevard Thomas Gobert, 91120 Palaiseau, 프랑스
4양자 연구 연구소, Chapman University, 1 University Drive, Orange, CA 92866, USA
5로체스터대학교 물리천문학부, Rochester, New York 14627, USA
6Université Paris Cité, 나노과학 및 나노기술 센터(C2N), F-91120 Palaiseau, 프랑스
7마주랩, CNRS-UCA-SU-NUS-NTU 국제공동연구소
8싱가포르 국립 대학교 양자 기술 센터, 117543 싱가포르, 싱가포르

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추상

스핀-광자 인터페이스(SPI)는 스핀 큐비트와 편광 펄스 전파 사이에 양자 정보를 일관되게 전달하는 것을 목표로 하는 양자 기술의 핵심 장치입니다. 우리는 스핀 상태의 양자 비파괴(QND) 측정을 위한 SPI의 잠재력을 연구합니다. SPI에 의해 초기화되고 분산된 후 광 펄스의 상태는 스핀 상태에 따라 달라집니다. 따라서 이는 포인터 상태의 역할을 하며, 정보는 빛의 시간 및 편광 자유도로 인코딩됩니다. 스핀-광 역학의 완전한 해밀턴 분해능을 바탕으로 우리는 XNUMX 및 단일 광자 상태의 양자 중첩이 일관성 있는 빛 펄스보다 성능이 뛰어나 동일한 광자 예산으로 더 구별 가능한 포인터 상태를 생성한다는 것을 보여줍니다. 응집성 펄스에 비해 양자 펄스가 제공하는 에너지 이점은 광 펄스에 대한 투영 측정을 수행하여 스핀 상태에 대한 정보가 고전 수준에서 추출될 때 유지됩니다. 제안된 방식은 최첨단 반도체 장치의 결함에 대해 견고합니다.

스핀-광자 인터페이스 PlatoBlockchain Data Intelligence를 사용한 에너지 효율적인 양자 비파괴 측정. 수직 검색. 일체 포함.

주요 이미지: 우리는 스핀-광자 인터페이스(SPI)에서 스핀의 양자 비파괴(QND) 측정을 연구합니다. SPI에 의해 초기화되고 분산된 후 광 펄스의 상태는 스핀 상태에 따라 달라집니다. 따라서 포인터 상태의 역할을 하며, 정보는 빛의 위상과 편광 자유도로 인코딩됩니다. 우리의 연구는 충돌 모델의 일반화를 기반으로 한 스핀-광 역학의 새로운 완전 해밀턴 해상도에 기반을 두고 있습니다.

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인기 요약

스핀-광자 인터페이스(SPI)는 스핀 큐비트(저장 큐비트)와 편광 펄스 전파(플라잉 큐비트) 간에 양자 정보를 일관되게 전달하는 것을 목표로 하는 양자 기술의 핵심 장치입니다. 최근 양자 기술 및 양자 계측 분야에서 열린 경로에 따라 우리는 양자 자원을 활용하여 에너지 효율적인 작업을 수행할 수 있는 SPI의 잠재력을 탐구합니다. 우리가 분석하는 작업은 대부분의 SPI 기반 기술 응용 프로그램의 주요 구성 요소인 스핀의 QND(양자 비파괴) 측정입니다. SPI에 의해 초기화되고 분산된 후 광 펄스의 상태는 스핀 상태에 따라 달라집니다. 따라서 이는 포인터 상태의 역할을 하며, 정보는 빛의 시간 및 편광 자유도로 인코딩됩니다. 우리의 연구는 충돌 모델의 일반화를 기반으로 한 스핀-광 역학의 새로운 완전 해밀턴 해상도에 기반을 두고 있습니다. 우리는 전파장의 다양한 광자 통계가 고정 에너지에서 QND 측정 품질에 미치는 영향을 탐구합니다. 우리는 빛이 평균적으로 최대 XNUMX개의 여기를 전달하는 저에너지 영역에 초점을 맞추고 응집성 장을 XNUMX 및 단일 광자 상태의 양자 중첩과 비교합니다. 우리는 후자가 전자보다 더 정확한 스핀의 QND 측정을 발생시켜 에너지 양자 이점을 제공한다는 것을 발견했습니다. 우리는 이러한 장점이 양자점을 사용한 최첨단 SPI 구현의 현실적인 불완전성에 대해 강력하다는 것을 보여줍니다.

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[46] 나타샤 톰, 알리사 자바디, 나디아 올림피아 안토니아디스, 다니엘 나제르, 마티아스 크리스티안 뢰블, 알렉산더 롤프 코르쉬, 뤼디거 쇼트, 사샤 르네 발렌틴, 안드레아스 더크 비크, 아르네 루드비히, 리차드 존 워버튼. 밝고 빠른 응집성 단일 광자의 소스입니다. Nature Nanotechnology, 16(4): 399-403, 2021년 1748월. ISSN 3387-1748, 3395-10.1038. 41565/s020-00831-XNUMX-x.
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[47] Weijun Zhang, Qi Jia, Lixing You, Xin Ou, Hao Huang, Lu Zhang, Hao Li, Zhen Wang 및 Xiaoming Xie. 결함 엔지니어링을 통한 초전도 나노와이어 단일 광자 검출기의 고유 검출 효율 포화. 물리. Rev. Appl., 12: 044040, 2019년 10.1103월. 12.044040/​PhysRevApplied.XNUMX.
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[48] 조슈아 콤스, 조셉 커크호프, 모한 사로바르. 양자 입출력 네트워크를 모델링하기 위한 SLH 프레임워크입니다. 물리학의 진보: X, 2 (3): 784-888, 2017년 2374월. ISSN 6149-10.1080. 23746149.2017.1343097/​XNUMX.
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[49] 알렉산더 홀름 킬레리히(Alexander Holm Kiilerich)와 클라우스 묄머(Klaus Mølmer). 양자 펄스를 이용한 입출력 이론. 실제 검토 서한, 123(12): 123604, 2019년 0031월. ISSN 9007-1079, 7114-10.1103. 123.123604/​PhysRevLett.XNUMX.
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[50] CW 가디너. 다른 구동 양자 시스템의 출력 필드를 사용하여 양자 시스템을 구동합니다. 실제 검토 편지, 70(15): 2269–2272, 1993년 0031월. ISSN 9007-10.1103. 70.2269/​PhysRevLett.XNUMX.
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[51] HJ 카마이클. 계단식 개방형 시스템에 대한 양자 궤적 이론. 실제 검토 편지, 70(15): 2273–2276, 1993년 0031월. ISSN 9007-10.1103. 70.2273/​PhysRevLett.XNUMX.
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevLett.70.2273

[52] 펠릭스 모초이(Felix Motzoi), K. 비르기타 웨일리(K. Birgitta Whaley), 모한 사로바르(Mohan Sarovar). 원격 공동에서 큐비트의 지속적인 공동 측정 및 얽힘. 실제 검토 A, 92(3): 032308, 2015년 10.1103월. 92.032308/​PhysRevA.XNUMX. 출판사: 미국물리학회.
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevA.92.032308

[53] Stephen C. Wein, Jia-Wei Ji, Yu-Feng Wu, Faezeh Kimiaee Asadi, Roohollah Ghobadi 및 Christoph Simon. 마스터 방정식 역학을 분해하여 고체 스핀 큐비트 간의 광자 수 예고 얽힘 생성을 분석합니다. 실제 검토 A, 102(3): 033701, 2020년 10.1103월. 102.033701/​PhysRevA.XNUMX. 출판사: 미국물리학회.
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