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Stati di cluster multidimensionali che utilizzano una singola interfaccia spin-fotone fortemente accoppiata a un registro nucleare intrinseco

Data:


Cathryn P. Michaels, Jesús Arjona Martínez, Romain Debroux, Ryan A. Parker, Alexander M. Stramma, Luca I. Huber, Carola M. Purser, Mete Atatüre e Dorian A. Gangloff

Laboratorio Cavendish, Università di Cambridge, JJ Thomson Avenue, Cambridge, CB3 0HE, UK

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Astratto

Gli stati dei cluster fotonici sono una potente risorsa per il calcolo quantistico basato sulla misurazione e la comunicazione quantistica tollerante alla perdita. Le proposte per generare stati di cluster reticolari multidimensionali hanno identificato interfacce accoppiate spin-fotone, sistemi spin-ancilla e meccanismi di feedback ottico come potenziali schemi. Seguendo questi, proponiamo la generazione di stati di cluster reticolari multidimensionali utilizzando un'interfaccia singola ed efficiente spin-fotone accoppiata fortemente a un registro nucleare. Il nostro schema utilizza l'interazione iperfine di contatto per abilitare porte quantistiche universali tra lo spin dell'interfaccia e un registro nucleare locale e incanala l'entanglement risultante ai fotoni tramite l'interfaccia spin-fotone. Tra diversi emettitori quantistici, identifichiamo il centro vacante silicio-29 nel diamante, accoppiato a una struttura nanofotonica, come in possesso della giusta combinazione di qualità ottica e coerenza di spin per questo schema. Mostriamo numericamente che utilizzando questo sistema è possibile ottenere uno stato cluster di dimensioni 2×5 con una fedeltà del limite inferiore di 0.5 e una frequenza di ripetizione di 65 kHz con le prestazioni sperimentali attualmente realizzate e con un sovraccarico tecnico fattibile. I miglioramenti realistici del gate mettono gli stati dei cluster di 100 fotoni a portata di mano sperimentale.

Gli stati quantistici composti da più fotoni entangled sono una risorsa chiave nelle reti di calcolo quantistico, sia per una comunicazione robusta che per l'implementazione di attività computazionali. Gli stati dei cluster fotonici il cui entanglement è multidimensionale sono necessari per i protocolli quantistici universali. Tali stati di cluster possono essere ottenuti da una sorgente a singolo fotone altamente efficiente, insieme a porte entangled tra emettitori distinti o tra spin locali. Proponiamo di utilizzare l'entanglement multidimensionale naturalmente disponibile per un singolo centro di colore del diamante fortemente accoppiato a uno spin nucleare intrinseco per creare stati di cluster multidimensionali di fotoni. Le nostre simulazioni mostrano che gli stati di cluster di 100 fotoni sono realizzabili entro parametri sperimentali realizzabili.

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Citato da

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Le citazioni sopra sono di ANNUNCI SAO / NASA (ultimo aggiornamento riuscito 2021-10-23 14:31:01). L'elenco potrebbe essere incompleto poiché non tutti gli editori forniscono dati di citazione adeguati e completi.

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Fonte: https://quantum-journal.org/papers/q-2021-10-19-565/

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