A photon-photon quantum gate based on Rydberg interactions in a cavity

基于腔内里德伯相互作用的光子-光子量子门

基本信息

项目摘要

The objective of this proposal is to realize a photon-photon controlled NOT quantum gate based on electromagnetically induced transparency and Rydberg blockade inside an optical resonator of moderate finesse. This previously unimplemented scheme combines the advantages of Rydberg blockade with the advantages offered by optical resonators. We made estimates for realistic parameters, which predict that a gate efficiency above 50% can be reached within the funding period of this proposal. This is a major improvement relative to the previously demonstrated efficiencies of up to 11% in linear optical quantum computing, 5% for a single atom in a resonator, and 0.5% to 8% for a free-space Rydberg gate. The projected efficiency above 50% is near the point where production of an entangled two-photon state without postselection can be realized and where the fundamental limit for linear-optical Bell-state analyzers is outperformed. In the long run, even higher efficiencies will come into reach. This will allow it to produce entangled states of larger and larger numbers of photons. A high performance photon-photon gate would be useful for high-performance photonic Bell-state detection in quantum repeaters, and potentially for quantum computation.
该提案的目标是在中等精度的光学谐振腔内实现基于电磁感应透明和里德伯阻塞的光子-光子控制的非量子门。这种先前未实现的方案结合了里德伯封锁的优点和光学谐振器提供的优点。我们对实际参数进行了估计,预测在本提案的资助期内可以达到 50% 以上的门效率。相对于之前所展示的线性光学量子计算效率高达 11%、谐振器中单个原子效率高达 5%、自由空间里德伯门效率高达 0.5% 至 8%,这是一个重大改进。超过 50% 的预计效率接近可以实现无需后选择的纠缠双光子态产生的点,并且超越了线性光学贝尔态分析仪的基本极限。从长远来看,将会实现更高的效率。这将使其能够产生越来越多光子的纠缠态。高性能光子-光子门可用于量子中继器中的高性能光子贝尔态检测,并有可能用于量子计算。

项目成果

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