利用自旋光子界面进行节能量子非破坏测量

利用自旋光子界面进行节能量子非破坏测量

时间戳：31年2023月6日42:XNUMX AM

玛丽亚·玛菲1, 布鲁诺·O·戈斯2, 斯蒂芬·C·韦恩2,3, 安德鲁·乔丹4,5, 卢伊克·兰科6和亚历克西娅·奥菲芙7,8

1Dipartimento di Fisica, 巴里大学, I-70126 巴里, 意大利
2格勒诺布尔阿尔卑斯大学，CNRS，格勒诺布尔 INP，尼尔研究所，38000 格勒诺布尔，法国
3Quandela SAS, 10 Boulevard Thomas Gobert, 91120 帕莱索, 法国
4查普曼大学量子研究所, 1 University Drive, Orange, CA 92866, USA
5罗切斯特大学物理与天文学系，罗切斯特，纽约 14627，美国
6巴黎西岱大学纳米科学与纳米技术中心 (C2N), F-91120 Palaiseau, 法国
7MajuLab、CNRS-UCA-SU-NUS-NTU 国际联合研究实验室
8新加坡国立大学量子技术中心，117543 新加坡，新加坡

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抽象

自旋光子接口（SPI）是量子技术的关键器件，旨在在自旋量子位和传播偏振光脉冲之间相干地传输量子信息。 我们研究了 SPI 在自旋态量子不可破坏 (QND) 测量中的潜力。 光脉冲经过SPI初始化和散射后，其状态取决于自旋态。 因此，它起到了指针状态的作用，信息被编码在光的时间和偏振自由度中。 基于自旋光动力学的完全哈密顿分辨率，我们证明零和单光子态的量子叠加优于相干光脉冲，产生的指针态在相同的光子预算下更容易区分。 当通过对光脉冲执行投影测量以经典水平提取自旋态信息时，量子脉冲相对于相干脉冲提供的能量优势得以保持。 所提出的方案对于最先进的半导体器件的缺陷具有鲁棒性。

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特色图片：我们研究自旋光子界面 (SPI) 中自旋的量子不可破坏 (QND) 测量。 光脉冲经过SPI初始化和散射后，其状态取决于自旋态。 因此，它起到了指针状态的作用，信息被编码在光的相位和偏振自由度中。 我们的研究基于一种新颖的、完全哈密顿的、基于碰撞模型推广的自旋光动力学解析。

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热门摘要

自旋光子接口（SPI）是量子技术的关键器件，旨在在自旋量子位（存储量子位）和传播偏振光脉冲（飞行量子位）之间相干地传输量子信息。 沿着最近在量子技术和量子计量领域开辟的道路，我们探索了 SPI 通过利用量子资源来执行节能操作的潜力。 我们分析的操作是大多数基于 SPI 的技术应用的主要构建模块：自旋的量子不可破坏 (QND) 测量。 光脉冲经过SPI初始化和散射后，其状态取决于自旋态。 因此，它起到了指针状态的作用，信息被编码在光的时间和偏振自由度中。 我们的研究基于一种新颖的、完全哈密顿的、基于碰撞模型推广的自旋光动力学解析。 我们探讨了传播场的不同光子统计对固定能量 QND 测量质量的影响。 我们关注低能量状态，其中光平均携带最多一次激发，并将相干场与零和单光子态的量子叠加进行比较。 我们发现后者比前者产生更精确的自旋 QND 测量，因此提供了能量量子优势。 我们证明，这种优势对于克服采用量子点实现的最先进 SPI 的实际缺陷而言是稳健的。

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