Medição quântica de não demolição com eficiência energética e interface spin-fóton

Medição quântica de não demolição com eficiência energética e interface spin-fóton

Carimbo de data / hora: 31 de agosto de 2023, 6h
Nó Fonte: 2855942

Maria Maffei1, Bruno O. vai2, Stephen C. Wein2,3, Andrew N. Jordan4,5, Loïc Lanco6e Alexia Auffèves7,8

1Dipartimento di Fisica, Università di Bari, I-70126 Bari, Itália
2Université Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, Institut Néel, 38000 Grenoble, França
3Quandela SAS, 10 Boulevard Thomas Gobert, 91120 Palaiseau, França
4Instituto de Estudos Quânticos, Chapman University, 1 University Drive, Orange, CA 92866, EUA
5Departamento de Física e Astronomia, Universidade de Rochester, Rochester, Nova York 14627, EUA
6Université Paris Cité, Centro de Nanociência e Nanotecnologia (C2N), F-91120 Palaiseau, França
7MajuLab, Laboratório Conjunto Internacional de Pesquisa CNRS –UCA-SU-NUS-NTU
8Centro de Tecnologias Quânticas, Universidade Nacional de Singapura, 117543 Singapura, Singapura

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Sumário

Interfaces spin-fótons (SPIs) são dispositivos-chave de tecnologias quânticas, destinadas a transferir de forma coerente informações quânticas entre qubits de spin e propagar pulsos de luz polarizada. Estudamos o potencial de um SPI para medições quânticas de não demolição (QND) de um estado de spin. Após ser inicializado e espalhado pelo SPI, o estado de um pulso de luz depende do estado de spin. Assim, ele desempenha o papel de um estado de ponteiro, sendo a informação codificada nos graus de liberdade temporal e de polarização da luz. Com base na resolução totalmente hamiltoniana da dinâmica spin-luz, mostramos que superposições quânticas de estados de fótons zero e únicos superam pulsos de luz coerentes, produzindo estados de ponteiro que são mais distinguíveis com o mesmo orçamento de fótons. A vantagem energética proporcionada pelos pulsos quânticos sobre os coerentes é mantida quando a informação sobre o estado de spin é extraída no nível clássico, realizando medições projetivas nos pulsos de luz. Os esquemas propostos são robustos contra imperfeições em dispositivos semicondutores de última geração.

Imagem em destaque: Estudamos a medição de não demolição quântica (QND) de spin em uma interface spin-fóton (SPI). Após ser inicializado e espalhado pelo SPI, o estado de um pulso de luz depende do estado de spin. Desempenha assim o papel de um estado ponteiro, sendo a informação codificada na fase da luz e nos graus de liberdade de polarização. Nosso estudo é baseado em uma resolução nova, totalmente hamiltoniana, da dinâmica spin-luz baseada em uma generalização do modelo de colisão.

[Conteúdo incorporado]

Resumo popular

Interfaces spin-fótons (SPIs) são dispositivos-chave de tecnologias quânticas, destinadas a transferir de forma coerente informações quânticas entre qubits de spin (qubits de armazenamento) e propagação de pulsos de luz polarizada (qubits voadores). Seguindo um caminho recentemente aberto nas áreas de tecnologia quântica e metrologia quântica, exploramos o potencial dos SPIs para realizar operações com eficiência energética, explorando recursos quânticos. A operação que analisamos é o principal alicerce da maioria das aplicações tecnológicas baseadas em SPIs: a medição de não demolição quântica (QND) do spin. Após ser inicializado e espalhado pelo SPI, o estado de um pulso de luz depende do estado de spin. Assim, ele desempenha o papel de um estado de ponteiro, sendo a informação codificada nos graus de liberdade temporal e de polarização da luz. Nosso estudo é baseado em uma resolução nova, totalmente hamiltoniana, da dinâmica spin-luz baseada em uma generalização do modelo de colisão. Exploramos o impacto de diferentes estatísticas fotônicas do campo de propagação na qualidade da medição QND em energia fixa. Nós nos concentramos em um regime de baixa energia onde a luz carrega no máximo uma excitação em média e comparamos um campo coerente com uma superposição quântica de estados de zero e de fóton único. Descobrimos que o último dá origem a uma medição QND de spin mais precisa do que o primeiro, proporcionando assim uma vantagem quântica energética. Mostramos que esta vantagem é robusta contra imperfeições realistas de implementações de SPIs de última geração com pontos quânticos.

► dados BibTeX

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