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量子物理

arXiv:2504.01413 (quant-ph)
[提交于 2025年4月2日 ]

标题: 具有可配置寿命的量子光源,利用宇称-时间对称性

标题: Quantum light sources with configurable lifetime leveraging parity-time symmetry

Authors:Nuo Chen, Wen-Xiu Li, Yun-Ru Fan, Hang-Hang Li, Hong Zeng, Wu-Qiang Chi, Heng Zhou, Hao Li, Li-Xing You, Guang-Can Guo, Qiang Zhou, Jing Xu, Xin-Liang Zhang
摘要: 可配置光子寿命的量子光源对于大规模量子电路至关重要,它们在可编程量子计算、各种量子密钥分发协议和量子层析技术中具有应用价值。 然而,效率与光子寿命之间的基本权衡给高性能大范围可配置寿命量子光源的设计带来了重大挑战。 在此,我们报告了通过利用宇称-时间(PT)对称性的独特特性实现的这种芯片级量子光源。 核心设计围绕着两个不同周长的微谐振器之间的PT对称耦合,实现了腔内光子态密度的宽范围和选择性调节。 通过控制谐振器之间的对齐,我们实现了38倍的光子寿命调节范围(4 ~ 158 ps),最短寿命接近PT对称系统的例外点。 该器件生成能量-时间纠缠光子对,干涉可见度为87.1 +- 1.1%,并具有预告的二阶自相关函数g_h^((2) ) (0)= 0.069 +- 0.001。 我们的工作突显了PT对称性在先进量子应用中的潜力,包括高速通信和可编程量子计算、量子相干层析技术等。
摘要: Quantum light sources with configurable photon lifetimes are essential for large-scale quantum circuits, enabling applications in programmable quantum computing, various quantum key distribution protocols, and quantum tomography techniques. However, the fundamental trade-off between efficiency and photon lifetime imposes significant challenges on the design of high-performance large configurable lifetime quantum light sources. Here, we report on such chip-scale quantum light sources by harnessing the unique feature of parity-time (PT) symmetry. The core design centers on employing PT-symmetric coupling between two microresonators of distinct circumferences, enabling broad-range and selective tuning of intracavity photon density of states. By controlling the alignment between resonators, we achieved a 38-fold photon lifetime tuning range (4 ~ 158 ps), with the shortest lifetimes near the exceptional points of the PT-symmetric systems. The device generates energy-time entangled photon pairs with 87.1 +- 1.1% interference visibility and a heralded second-order autocorrelation of g_h^((2) ) (0)= 0.069 +- 0.001. Our work highlights the potential of PT symmetry for advanced quantum applications, including high-speed communication and programmable quantum computing, quantum coherent tomography, and beyond.
主题: 量子物理 (quant-ph) ; 光学 (physics.optics)
引用方式: arXiv:2504.01413 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2504.01413v1 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2504.01413
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Nuo Chen [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 4 月 2 日 07:04:31 UTC (929 KB)
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