全光學超快任意旋轉帶直接相位控制的空穴軌道量子位

Kernekoncepter

本文展示了利用皮秒光脈衝實現固態量子發射體中空穴軌道量子位的任意相位控制旋轉。這是通過成功誘導輻射 Auger 過程耦合的 Λ系統中的受激拉曼跳躍實現的。

Resumé

本文介紹了一種全光學的方法,實現了固態量子發射體中空穴軌道量子位的任意相位控制旋轉。

首先,作者利用輻射 Auger 過程耦合的 Λ系統,成功誘導了受激拉曼跳躍。這與傳統的偶極允許光學跳躍不同。這使得作者能夠避免中間態的附加失相干,並實現對兩個軌道態的純粹的單量子位操作。

接下來,作者展示了對量子位的極角 θ的控制,通過掃描斯托克斯脈衝的幅度實現了 Rabi 振盪。作者還展示了對量子位方位角 φ的控制,通過調節控制脈衝的相位實現了拉姆齊干涉條紋。

最後,作者同時調節控制脈衝的幅度和相位,實現了對量子位極角和方位角的任意控制,從而實現了全面的任意旋轉。

這項工作為固態量子發射體中軌道量子位的量子信息處理應用奠定了基礎,包括時間編碼多光子簇態的生成、軌道-頻率糾纏以及非厄米物理的探索。

Statistik

基態和激發態之間的能量差為 4.31 meV (1.04 THz)。
量子位的相干時間 T2 = 144(6) ps。
讀出 CW 激光的功率為 400 nW,對應的讀出概率約為 25%。

Citater

"本文展示了利用皮秒光脈衝實現固態量子發射體中空穴軌道量子位的任意相位控制旋轉。"
"這是通過成功誘導輻射 Auger 過程耦合的 Λ系統中的受激拉曼跳躍實現的。"
"這項工作為固態量子發射體中軌道量子位的量子信息處理應用奠定了基礎。"

Vigtigste indsigter udtrukket fra

All-optical ultrafast arbitrary rotation of hole orbital qubits with direct phase control

by Jun-Yong Yan... kl. arxiv.org 10-01-2024

https://arxiv.org/pdf/2403.15295.pdf

Dybere Forespørgsler

如何進一步提高量子位的相干時間,以實現更多的量子操作?

為了進一步提高量子位的相干時間，研究者可以考慮以下幾個策略：首先，減少環境噪聲和去相干效應是關鍵。這可以通過優化量子系統的設計來實現，例如使用高品質的材料和結構，以降低缺陷和雜質的影響。此外，使用更精確的光學脈衝控制技術，如脈衝整形和相位控制，可以提高量子操作的精度，從而減少由於不準確操作引起的去相干。其次，研究者可以探索使用動態去相干技術，例如量子錯誤更正碼，來保護量子信息，從而延長相干時間。最後，通過改進量子位的讀出技術，減少讀出過程中的干擾，也能有效提高相干時間。

如何將本文的方法擴展到其他類型的固態量子發射體,如二維材料中的量子發射體?

本文的方法可以通過調整激發和讀出脈衝的設計來擴展到其他類型的固態量子發射體，例如二維材料中的量子發射體。首先，研究者需要確定二維材料中存在的能級結構，並根據這些結構設計合適的光學脈衝，以實現類似的受激拉曼過程。其次，考慮到二維材料的特性，可能需要調整脈衝的頻率和強度，以適應不同的光學過渡和相互作用。此外，利用二維材料的高靈活性和可調性，研究者可以探索多維量子狀態的操控，進一步擴展量子信息處理的潛力。

本文的方法是否可以應用於其他類型的量子系統,如冷原子或離子陷阱?

本文的方法具有一定的通用性，理論上可以應用於其他類型的量子系統，如冷原子或離子陷阱。在冷原子系統中，研究者可以利用類似的受激拉曼過程來操控原子的內部能級，實現量子位的精確控制。對於離子陷阱系統，則可以通過調整激光脈衝的設計來實現對離子自旋狀態的操控。這些系統的共同特點是都能夠利用光學脈衝進行量子狀態的操控，因此，本文的方法可以作為一個有力的工具，推動不同量子系統之間的相互融合和應用。