Không gian Hilbert tổng hợp của các electron tự do điều khiển bằng laser

Không gian Hilbert tổng hợp của các electron tự do điều khiển bằng laser

Dấu thời gian: ngày 3 tháng 2023 năm 7 48:XNUMX sáng

Guy Braiman, Ori Reinhardt, Chen Mechel, Omer Levi và Ido Kaminer

Khoa Kỹ thuật Điện và Máy tính và Viện Chất rắn, Technion – Viện Công nghệ Israel, 32000 Haifa, Israel

Tìm bài báo này thú vị hay muốn thảo luận? Scite hoặc để lại nhận xét về SciRate.

Tóm tắt

Những tiến bộ gần đây trong tương tác laser với các electron tự do kết hợp đã cho phép định hình trạng thái lượng tử của electron. Mỗi electron trở thành sự chồng chất của các mức năng lượng trên một bậc thang lượng tử hóa vô hạn, được chứng minh là chứa tới hàng nghìn mức năng lượng. Chúng tôi đề xuất sử dụng bản chất lượng tử của các electron tự do điều khiển bằng laser như một “không gian Hilbert tổng hợp”, trong đó chúng tôi xây dựng và điều khiển các qudits (chữ số lượng tử). Câu hỏi thúc đẩy công việc của chúng tôi là trạng thái qudit nào có thể được truy cập bằng cách sử dụng tương tác laser điện tử và liệu có thể thực hiện bất kỳ cổng lượng tử tùy ý nào hay không. Chúng tôi tìm cách mã hóa và điều khiển các trạng thái qudit điện tử tự do, tập trung vào các thứ nguyên có lũy thừa 2, trong đó qudit đại diện cho nhiều qubit được triển khai trên cùng một điện tử – được phân tách theo đại số nhưng được nối với nhau về mặt vật lý. Ví dụ: chúng tôi chứng minh khả năng kiểm soát hoàn toàn qudit 4 chiều và tiết lộ các bước cần thiết để kiểm soát hoàn toàn bất kỳ thứ nguyên tùy ý nào. Công việc của chúng tôi làm phong phú thêm phạm vi ứng dụng của các electron tự do trong kính hiển vi và quang phổ, cung cấp một nền tảng mới cho thông tin lượng tử biến đổi liên tục.

Không gian Hilbert tổng hợp của trí tuệ dữ liệu PlatoBlockchain điện tử tự do điều khiển bằng laser. Tìm kiếm dọc. Ái.

Hình ảnh nổi bật: Minh họa không gian Hilbert tổng hợp của một electron tự do điều khiển bằng laser.

Tóm tắt phổ biến

Các nền tảng khác nhau để xử lý thông tin lượng tử đang được nghiên cứu hiện nay. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đề xuất một nền tảng mới cho thông tin lượng tử biến thiên liên tục – các electron tự do. Chúng tôi đề xuất sử dụng các mức năng lượng trên bậc thang lượng tử hóa của một electron tự do duy nhất được điều khiển bằng laser như một “không gian Hilbert tổng hợp” trong đó chúng tôi có thể xây dựng và điều khiển các qudits (chữ số lượng tử).

► Dữ liệu BibTeX

► Tài liệu tham khảo

[1] Nielsen, MA và Chuang, I., Tính toán lượng tử và thông tin lượng tử (2002).
https: / / doi.org/ 10.1119 / 1.1463744

[2] Cirac, JI và Zoller, P., Thư đánh giá vật lý, 74 4091 (1995).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.74.4091

[3] Loss, D. và DiVincenzo, DP, Physical Review A, 57 120 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.57.120

[4] Knill, E., Laflamme, R. và Milburn, GJ, Nature, 409 46 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1038 / 35051009

[5] Devoret, MH và Schoelkopf, RJ, Science, 339 1169 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1126 / khoa học.1231930

[6] Takui, T., Berliner, L. và Hanson, G., điện toán lượng tử dựa trên cộng hưởng spin electron (ESR), Springer New York (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-1-4939-3658-8

[7] PW Shor, Kỷ yếu Hội nghị chuyên đề thường niên lần thứ 35 về nền tảng của khoa học máy tính, Santa Fe NM USA, 124-134 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1109 / SFCS.1994.365700

[8] Saffman, M., Walker, TG và Mølmer, K., Nhận xét về vật lý hiện đại, 82 2313 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.82.2313

[9] Reinhardt, O., Mechel, C., Lynch, MH và Kaminer, I., Annalen der Physik, 533 2000254 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1002 / andp.202000254

[10] Tsarev, MV, Ryabov, A. và Baum, P., Nghiên cứu Đánh giá Vật lý, 3 043033 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.3.043033

[11] Wernsdorfer, W. và Ruben, M. Advanced Materials, 31 1806687 (2019).
https://​/​doi.org/​10.1002/​adma.201806687

[12] Sawant, R., Blackmore, JA, Gregory, PD, Mur-Petit, J., Jaksch, D., Aldegunde, J., … và Cornish, SL, Tạp chí Vật lý Mới, 22 013027 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ab60f4

[13] Lu, HH, Hu, Z., Alshaykh, MS, Moore, AJ, Wang, Y., Imany, P., … và Kais, S., Advanced Quantum Technologies, 3 1900074 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1002 / qute.201900074

[14] J. Brendel, N. Gisin, W. Tittel và H. Zbinden., ‏Physical Review Letters, 82 2594 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.82.2594

[15] I. Marcikic, H. De Riedmatten, W. Tittel, H. Zbinden, M. Legré và N. Gisin, Physical Review Letters, 93 180502 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.93.180502

[16] Babazadeh, A., Erhard, M., Wang, F., Malik, M., Nouroozi, R., Krenn, M. và Zeilinger, A., Thư đánh giá thực tế, 119 180510 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.180510

[17] Kok, P., Munro, WJ, Nemoto, K., Ralph, TC, Dowling, JP và Milburn, GJ, Reviews of Modern Physics, 79 135 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.79.135

[18] O'brien, JL, Khoa học, 318 1567 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1126 / khoa học.1142892

[19] O'brien, JL, Furusawa, A. và Vučković, J., Nature Photonics, 3 687 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphoton.2009.229

[20] Aspuru-Guzik, A. và Walther, P., Vật lý tự nhiên, 8 285 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys2253

[21] Lloyd, S. và Braunstein, SL, Thông tin lượng tử với các biến liên tục, Springer Dordrecht (1999).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-94-015-1258-9_2

[22] Gottesman, D., Kitaev, A. và Preskill, J., Phys. Linh mục A, 64 12310 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.64.012310

[23] Walschaers, M., PRX Quantum, 2 30204 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.030204

[24] Arrazola, JM và cộng sự, Thiên nhiên, 591 54 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-021-03202-1

[25] Ruimy, R., Gorlach, A., Mechel, C., Rivera, N. và Kaminer, I., Physical Review Letters, 126 233403 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.233403

[26] Zhao, Z., Sun, XQ và Fan, S., Phys. Rev. Lett., 126 233402 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.233402

[27] Mechel, C., Kurman, Y., Karnieli, A., Rivera, N., Arie, A. và Kaminer, I., Optica, 8 70 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OPTICA.402693

[28] Kruit, P., Krielaart, M., van Staaden, Y. và Loginov, S., Tạo độ tương phản trong kính hiển vi điện tử bằng hiệu ứng Zeno lượng tử, EBSN (2019).

[29] Zewail, AH, Khoa học, 328 187 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1126 / khoa học.1166135

[30] Barwick, B., Flannigan, DJ và Zewail, AH, Nature, 462 902 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1038 / thiên nhiên08662

[31] Echternkamp, ​​KE, Feist, A., Schäfer, S. và Ropers, C., Nature Physics, 12 1000 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys3844

[32] Morimoto, Y. và Baum, P., Nature Physics, 14 252 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-017-0007-6

[33] Priebe, KE, Rathje, C., Yalunin, SV, Hohage, T., Feist, A., Schäfer, S. và Ropers, C., Nature Photonics, 11 793 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41566-017-0045-8

[34] Kozák, M., Schönenberger, N. và Hommelhoff, P., Thư đánh giá thực tế, 120 103203 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.103203

[35] Feist, A., Echternkamp, ​​KE, Schauss, J., Yalunin, SV, Schäfer, S. và Ropers, C., Nature, 521 200 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / thiên nhiên14463

[36] Reinhardt, O. và Kaminer, I., ACS Photonics, 7 2859 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1021/​acsphotonics.0c01133

[37] Vanacore, GM, và cộng sự, Truyền thông tự nhiên, 9 2694 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41467-018-05021-x

[38] García de Abajo, FJ, Asenjo-Garcia, A. và Kociak, M., Nano alphabet, 10 1859 (2010).
https://​/​doi.org/​10.1021/​nl100613s

[39] Park, ST, Lin, M., và Zewail, AH, Tạp chí Vật lý Mới, 12 123028 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​12/​12/​123028

[40] García de Abajo FJ, Barwick, B. và Carbone, F., Đánh giá vật lý B, 94 041404 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.94.041404

[41] Wang, K., Dahan, R., Shentcis, M., Kauffmann, Y., Hayun, AB, Reinhardt, O., … và Kaminer, I., Nature, 582 50 (2020)‏.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41586-020-2321-x

[42] Kfir, O. và cộng sự, Thiên nhiên, 582 46 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41586-020-2320-y

[43] Jones, JA và Mosca, M., Tạp chí vật lý hóa học, 109 1648 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.476739

[44] Vatan, Farrokh và Colin Williams., Đánh giá vật lý A, 69 032315 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.69.032315

[45] Feist, A., và cộng sự, Ultramicroscopy, 176 63 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.ultramic.2016.12.005

[46] Losquin, A. và Lummen, TT, Frontiers of Physics, 12 127301 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s11467-016-0605-2

[47] Yalunin, SV, Feist, A. và Ropers, C., Nghiên cứu Đánh giá Vật lý, 3 032036 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevResearch.3.L032036

[48] Dahan, R., và cộng sự, Vật lý tự nhiên, 16 1123 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41567-020-01042-w

[49] Piazza, L. Lummen, T., Quinonez, E., Murooka, Y., Reed, BW, Barwick, B. và Carbone, F., Truyền thông tự nhiên, 6 6407 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms7407

[50] Kruit, P., và cộng sự, Ultramicroscopy, 164 31 (2016).
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.ultramic.2016.03.004

[51] Juffmann, T., Koppell, SA, Klopfer, BB, Ophus, C., Glaeser, RM và Kasevich, MA, Báo cáo khoa học, 7 1699 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41598-017-01841-x

[52] Okamoto, H., Latychevskaia, T. và Fink, HW, Thư vật lý ứng dụng, 88 164103 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.2191096

[53] Kfir, O., Thư đánh giá vật lý, 123 103602 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.103602

[54] Imany, P., Jaramillo-Villegas, JA, Alshaykh, MS, Lukens, JM, Odele, OD, Moore, AJ, … và Weiner, AM, npj Quantum Information, 5 1 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-019-0173-8

[55] Lu, HH, Weiner, AM, Lougovski, P. và Lukens, JM, IEEE Photonics Technology Letters, 31 1858 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1109 / LPT.2019.2942136

[56] Kues, M., Reimer, C., Roztocki, P., Cortés, LR, Sciara, S., Wetzel, B., … và Moss, DJ, Nature, 546 622 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / thiên nhiên22986

[57] Thấp, PJ, Trắng, BM, Cox, AA, Ngày, ML và Senko, C., Nghiên cứu Đánh giá Vật lý, 2 033128 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.033128

[58] Bremner, MJ, Bacon, D. và Nielsen, MA, Đánh giá vật lý A, 71 052312 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.052312

[59] Rungta, P., Munro, WJ, Nemoto, K., Deuar, P., Milburn, GJ và Caves, CM, Directions in Quantum Optics, Springer Berlin Heidelberg, 149-164 (2001).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​3-540-40894-0_14

[60] Pirandola, S., Mancini, S., Braunstein, SL và Vitali, D., Đánh giá vật lý A, 77 032309 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.77.032309

[61] Marques, B., Matoso, AA, Pimenta, WM, Gutiérrez-Esparza, AJ, Santos, MF và Pádua, S., Báo cáo khoa học, 5 16049 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / srep16049

[62] Gedik, Z., Silva, IA, Çakmak, B., Karpat, G., Vidoto, ELG, Soares-Pinto, DDO, … và Fanchini, FF, Báo cáo khoa học, 5 14671 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / srep14671

[63] Kiktenko, EO, Fedorov, AK, Strakhov, AA và Man'Ko, VI, Vật lý chữ A, 379 1409 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physleta.2015.03.023

[64] Bliokh, KY, Bliokh, YP, Savel'Ev, S. và Nori, F., Physical Review Letters, 99 190404 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.99.190404

[65] Cai, W., Reinhardt, O., Kaminer, I. và de Abajo, FJG, Đánh giá vật lý B, 98 045424 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.98.045424

[66] Vanacore, GM, và cộng sự, Vật liệu tự nhiên, 18 573 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41563-019-0336-1

[67] Verbeeck, J., Tian, ​​H. và Schattschneider, P., Nature, 467 301 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1038 / thiên nhiên09366

[68] Uchida, M. và Tonomura, A., Nature, 464 737 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1038 / thiên nhiên08904

[69] McMorran, BJ, Agrawal, A., Anderson, IM, Herzing, AA, Lezec, HJ, McClelland, JJ và Unguris, J., Science, 331 192 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1126 / khoa học.1198804

[70] Larocque, H., Kaminer, I., Grillo, V., Leuchs, G., Padgett, MJ, Boyd, RW, Segev M. và Karimi, E., Vật lý đương đại, 59 126 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00107514.2017.1418046

[71] Wang, J., Yang, J., Fazal, IM, Ahmed, N., Yan, Y., Huang, H., Ren, Y., Yue, Y., Dolinar, S., Tur, M. và Willner , AE, Quang tử tự nhiên, 6 488 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphoton.2012.138

[72] Allen, L., Beijersbergen, MW, Spreeuw, RJC và Woerdman, JP, Đánh giá vật lý A, 45 8185 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.45.8185

[73] Gibson, G., Courtial, J., Padgett, MJ, Vasnetsov, M., Pas'ko, V., Barnett, SM và Franke-Arnold, S., Optics express, 12 5448 (2004).
https://​/​doi.org/​10.1364/​OPEX.12.005448

[74] Perumangatt, C., Lal, N., Anwar, A., Reddy, SG và Singh, RP, Physics Letters A, 22 1858 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physleta.2017.04.002

Trích dẫn

Bài viết này được xuất bản trong Lượng tử dưới Creative Commons Ghi công 4.0 Quốc tế (CC BY 4.0) giấy phép. Bản quyền vẫn thuộc về chủ sở hữu bản quyền gốc như các tác giả hoặc tổ chức của họ.

Dấu thời gian:

Thêm từ Tạp chí lượng tử