DOI: https://doi.org/10.1103/t96h-488y
تاريخ النشر: 2026-01-08
المؤلف: Zhenyun Du وآخرون
الموضوع الرئيسي: البصريات الكمومية والتفاعلات الذرية
نقاش
في هذا القسم، يناقش المؤلفون بروتوكولين لتوليد حالات القط باستخدام حالات θ المضغوطة من خلال طرق طرح الفوتونات الخطية وغير الخطية. يتضمن البروتوكول الخطي دمج حالتين مضغوطتين θ عند مقسم الشعاع، حيث يتم طرح الفوتونات من خلال الكشف عن فوتون واحد في قناة الخروج. المعلمات المحسّنة لهذا الإعداد، بما في ذلك قوى الضغط والزوايا، تؤدي إلى حالة قط عالية الدقة برتبة نجمية تبلغ خمسة. يظهر المؤلفون أن استخدام حالات θ المضغوطة يوفر مرونة أكبر واحتمالات نجاح أعلى مقارنة بحالات فوتون فوك الثنائية، حيث تحقق دقة تصل إلى $F \geq 0.999$ لحالات القط بحجم $|\alpha|^2 \leq 3.14$ واحتمالات نجاح تقارب ضعف تلك المدخلات الثنائية الفوتون.
يستخدم البروتوكول غير الخطي حالة θ مضغوطة واحدة تتفاعل مع نظام ثنائي المستوى (TLS) مرتبط بقناة موجية. يهدف هذا الأسلوب إلى تحقيق طرح فوتون شبه حتمي، مما ينتج حالة قط في الوضع السائد بينما يتم الإشارة إلى الكشف عن فوتون واحد في وضع متعامد. يقوم المؤلفون بتحسين الحالة المدخلة لزيادة متوسط عدد الفوتونات في الوضع السائد، مما يؤدي إلى احتمالات نجاح عالية (تصل إلى $P_{succ} > 0.8$) ودقة تتجاوز $F > 0.99$ لحالات القط بحجم $|\alpha|^2 \leq 4.3$. البروتوكولات قوية ضد الخسائر، حيث يتحمل الأسلوب الخطي خسارة تصل إلى 2% مع الحفاظ على دقة عالية، مما يبرز إمكانياتها للتطبيقات العملية في توليد الحالات الكمومية وتصحيح الأخطاء في الحوسبة الكمومية.
DOI: https://doi.org/10.1103/t96h-488y
Publication Date: 2026-01-08
Author(s): Zhenyun Du et al.
Primary Topic: Quantum optics and atomic interactions
Discussion
In this section, the authors discuss two protocols for generating cat states using squeezed θ states through linear and nonlinear photon subtraction methods. The linear protocol involves combining two squeezed θ states at a beamsplitter, where photon subtraction is heralded by detecting a single photon in one output channel. The optimized parameters for this setup, including squeezing strengths and angles, yield a high-fidelity cat state with a stellar rank of five. The authors demonstrate that using squeezed θ states provides greater flexibility and higher success probabilities compared to two-photon Fock states, achieving fidelities of $F \geq 0.999$ for cat states of size $|\alpha|^2 \leq 3.14$ and success probabilities nearly double those of the two-photon inputs.
The nonlinear protocol employs a single squeezed θ state interacting with a two-level system (TLS) coupled to a waveguide. This method aims to achieve nearly deterministic photon subtraction, producing a cat state in the dominant mode while heralding the detection of a single photon in an orthogonal mode. The authors optimize the input state to maximize the mean photon number in the dominant mode, resulting in high success probabilities (up to $P_{succ} > 0.8$) and fidelities exceeding $F > 0.99$ for cat states of size $|\alpha|^2 \leq 4.3$. The protocols are robust against losses, with the linear method tolerating up to 2% loss while maintaining high fidelity, highlighting their potential for practical applications in quantum state generation and error correction in quantum computing.