レーザー駆動自由電子の合成ヒルベルト空間

レーザー駆動自由電子の合成ヒルベルト空間

タイムスタンプ：3年2023月7日午前48時XNUMX分
ソースノード： 1867368

ガイ・ブレイマン、オリ・ラインハルト、チェン・メシェル、オマー・リーヴァイ、イド・カミナー

電気およびコンピュータ工学科およびソリッド ステート インスティテュート、テクニオン – イスラエル工科大学、32000 ハイファ、イスラエル

この論文を興味深いと思うか、議論したいですか？ SciRateを引用するかコメントを残す.

抽象

コヒーレントな自由電子とのレーザー相互作用の最近の進歩により、電子の量子状態を形作ることが可能になりました。 各電子は、無限の量子化されたはしご上のエネルギー レベルの重ね合わせになり、最大数千のエネルギー レベルを含むことが示されます。 このようなレーザー駆動の自由電子の量子的性質を「合成ヒルベルト空間」として利用することを提案し、そこで量子ディジット (量子桁) を構築および制御します。 私たちの研究の動機となっている問題は、電子-レーザー相互作用を使用してアクセスできる量子状態と、任意の量子ゲートを実装できるかどうかです。 2 の累乗である次元に焦点を当てて、自由電子量子ドット状態をエンコードおよび操作する方法を見つけます。ここで量子ドットは、代数的に分離されているが物理的に結合された、同じ単一電子に実装された複数の量子ビットを表します。 例として、4 次元量子ドットを完全に制御する可能性を証明し、任意の次元を完全に制御するために必要な手順を明らかにします。 私たちの仕事は、顕微鏡と分光法における自由電子の応用範囲を広げ、連続変数量子情報のための新しいプラットフォームを提供します。

主な画像: レーザー駆動の自由電子の合成ヒルベルト空間の図。

人気の要約

現在、量子情報処理のためのさまざまなプラットフォームが研究されています。 この作業では、連続変数の量子情報である自由電子の新しいプラットフォームを提案します。 単一のレーザー駆動自由電子の量子化されたはしごのエネルギー準位を、量子ディジット (量子桁) を構築および制御できる「合成ヒルベルト空間」として利用することを提案します。

►BibTeXデータ

►参照

【1] Nielsen, MA and Chuang, I., 量子計算と量子情報 (2002).
https：/ / doi.org/ 10.1119 / 1.1463744

【2] Cirac, JI and Zoller, P., Physical review letters, 74 4091 (1995)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.74.4091

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

【4] Knill, E.、Laflamme, R. および Milburn, GJ、Nature、409 46 (2001)。
https：/ / doi.org/ 10.1038 / 35051009

【5] Devoret、MHおよびSchoelkopf、RJ、Science、339 1169（2013）。
https：/ / doi.org/ 10.1126 / science.1231930

【6] Takui, T.、Berliner, L.、Hanson, G.、電子スピン共鳴 (ESR) ベースの量子コンピューティング、Springer New York (2016)。
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-1-4939-3658-8

【7] PW Shor、Proceedings 35th Annual Symposium on Foundations of Computer Science、Santa Fe NM USA、124-134 (1994)。
https：/ / doi.org/ 10.1109 / SFCS.1994.365700

【8] Saffman, M.、Walker, TG および Mølmer, K.、現代物理学のレビュー、82 2313 (2010)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.82.2313

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

【10] Tsarev, MV、Ryabov, A. および Baum, P.、Physical Review Research、3 043033 (2021)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.3.043033

【11] Wernsdorfer, W. および 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., … and Cornish, SL, New Journal of Physics, 22 013027 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ab60f4

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

【14] J. Brendel、N. Gisin、W. Tittel および 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 および 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. および Zeilinger, A.、フィジカル レビュー レター、119 180510 (2017).
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.180510

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

【18] O'brien, JL, Science, 318 1567 (2007)。
https：/ / doi.org/ 10.1126 / science.1142892

【19] O'brien, JL、Furusawa, A. および Vučković, J.、Nature Photonics、3 687 (2009)。
https：/ / doi.org/ 10.1038 / nphoton.2009.229

【20] Aspuru-Guzik, A. and Walther, P., Naturephysics, 8 285 (2012).
https：/ / doi.org/ 10.1038 / nphys2253

【21] Lloyd, S. and Braunstein, SL, Quantum Information with Continuous Variables, Springer Dordrecht (1999).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-94-015-1258-9_2

【22] Ｇｏｔｔｅｓｍａｎ，Ｄ．，Ｋｉｔａｅｖ，Ａ．およびＰｒｅｓｋｉｌｌ，Ｊ．，Ｐｈｙｓ． Rev. 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 et al., Nature, 591 54 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-021-03202-1

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

【26] Ｚｈａｏ，Ｚ．，Ｓｕｎ，ＸＱおよび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. および Kaminer, I.、Optica、8 70 (2021)。
https：/ / doi.org/ 10.1364 / OPTICA.402693

【28] Kruit, P.、Krielaart, M.、van Staaden, Y.、Loginov, S.、量子ゼノ効果を使用した電子顕微鏡でのコントラストの作成、EBSN (2019)。

【29] Zewail、AH、科学、328 187 (2010)。
https：/ / doi.org/ 10.1126 / science.1166135

【30] Barwick, B., Flannigan, DJ および Zewail, AH, Nature, 462 902 (2009).
https：/ / doi.org/ 10.1038 / nature08662

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

【32] 森本 Y. および 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. and Ropers, C., Nature Photonics, 11 793 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41566-017-0045-8

【34] Kozák, M.、Schönenberger, N. および Hommelhoff, P.、フィジカル レビュー レター、120 103203 (2018)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.103203

【35] Feist, A.、Echternkamp, KE、Schauss, J.、Yalunin, SV、Schäfer, S. and Ropers, C.、Nature、521 200 (2015).
https：/ / doi.org/ 10.1038 / nature14463

【36] Reinhardt, O. および Kaminer, I.、ACS Photonics、7 2859 (2020)。
https:/ / doi.org/ 10.1021/ acsphotonics.0c01133

【37] Vanacore, GM, et al., Nature communication, 9 2694 (2018).
https：/ / doi.org/ 10.1038 / s41467-018-05021-x

【38] García de Abajo, FJ, Asenjo-Garcia, A. and Kociak, M., Nano letters, 10 1859 (2010).
https:/ / doi.org/ 10.1021/ nl100613s

【39] Park, ST、Lin, M.、Zewail, AH、New Journal of Physics、12 123028 (2010)。
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​12/​12/​123028

【40] García de Abajo FJ、Barwick、B. および Carbone、F.、Physical Review 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., … and Kaminer, I., Nature, 582 50 (2020) .
https：/ / doi.org/ 10.1038 / s41586-020-2321-x

【42] Kfir, O. et al., Nature, 582 46 (2020)。
https：/ / doi.org/ 10.1038 / s41586-020-2320-y

【43] Jones, JA and Mosca, M., The Journal of Chemical Physics, 109 1648 (1998)。
https：/ / doi.org/ 10.1063 / 1.476739

【44] Vatan、Farrokh および Colin Williams.、Physical Review A、69 032315 (2004)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.69.032315

【45] Feist, A. 他、Ultramicroscopy、176 63 (2017)。
https:/ / doi.org/ 10.1016/ j.ultramic.2016.12.005

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

【47] Yalunin、SV、Feist、A.およびRopers、C.、Physical Review Research、3 032036（2021）。
https:/ / doi.org/ 10.1103/ PhysRevResearch.3.L032036

【48] Dahan, R.他、Nature Physics、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. and Carbone, F., Nature communication, 6 6407 (2015).
https：/ / doi.org/ 10.1038 / ncomms7407

【50] Kruit, P.ら、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 and Kasevich, MA, Scientific reports, 7 1699 (2017).
https：/ / doi.org/ 10.1038 / s41598-017-01841-x

【52] Okamoto, H., Latychevskaia, T. and Fink, HW, Appliedphysics letters, 88 164103 (2006).
https：/ / doi.org/ 10.1063 / 1.2191096

【53] Kfir, O.、フィジカル レビュー レター、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, … and Weiner, AM, npj Quantum Information, 5 1 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-019-0173-8

【55] Lu, HH, Weiner, AM, Lougovski, P. and 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., … and Moss, DJ, Nature, 546 622 (2017).
https：/ / doi.org/ 10.1038 / nature22986

【57] Low, PJ, White, BM, Cox, AA, Day, ML and Senko, C., Physical Review Research, 2 033128 (2020).
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.033128

【58] Bremner, MJ、Bacon, D. および Nielsen, MA、Physical Review A、71 052312 (2005)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.052312

【59] Rungta, P., Munro, WJ, Nemoto, K., Deuar, P., Milburn, GJ and 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 および Vitali, D.、Physical Review A、77 032309 (2008)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.77.032309

【61] Marques, B., Matoso, AA, Pimenta, WM, Gutiérrez-Esparza, AJ, Santos, MF and Pádua, S., Scientific reports, 5 16049 (2015).
https：/ / doi.org/ 10.1038 / srep16049

【62] Gedik, Z., Silva, IA, Çakmak, B., Karpat, G., Vidoto, ELG, Soares-Pinto, DDO, … and Fanchini, FF, Scientific reports, 5 14671 (2015).
https：/ / doi.org/ 10.1038 / srep14671

【63] Kiktenko, EO, Fedorov, AK, Strakhov, AA and Man'Ko, VI, Physics Letters A, 379 1409 (2015).
https：/ / doi.org/ 10.1016 / j.physleta.2015.03.023

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

【65] Cai, W.、Reinhardt, O.、Kaminer, I. および de Abajo, FJG、Physical Review B、98 045424 (2018)。
https：/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.98.045424

【66] Vanacore, GM, et al., Nature materials, 18 573 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41563-019-0336-1

【67] Verbeeck, J.、Tian, H. および Schattschneider, P.、Nature、467 301 (2010)。
https：/ / doi.org/ 10.1038 / nature09366

【68] 内田正史および殿村明、Nature、464 737 (2010)。
https：/ / doi.org/ 10.1038 / nature08904

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

【70] Larocque, H., Kaminer, I., Grillo, V., Leuchs, G., Padgett, MJ, Boyd, RW, Segev M. and Karimi, E., Contemporary Physics, 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. and Willner 、AE、Nature photonics、6 488 (2012)。
https：/ / doi.org/ 10.1038 / nphoton.2012.138

【72] Allen, L., Beijersbergen, MW, Spreeuw, RJC and Woerdman, JP, Physical review 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 and 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 および Singh, RP、Physics Letters A、22 1858 (2017)。
https：/ / doi.org/ 10.1016 / j.physleta.2017.04.002

によって引用

この論文は、 Creative Commons Attribution 4.0 International（CC BY 4.0） ライセンス。 著作権は、著者やその機関などの元の著作権者にあります。

タイムスタンプ：

より多くの 量子ジャーナル