Skip to main content
Erschienen in: Quantum Information Processing 9/2018

01.09.2018

Quantum phase gate based on multiphoton process in multimode cavity QED

verfasst von: Moteb M. Alqahtani

Erschienen in: Quantum Information Processing | Ausgabe 9/2018

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

We propose a scheme for implementing a two-qubit quantum phase gate in which the photonic qubits encoded on the cavity modes and a three-level V-type atom passes through the cavity. The location of the resonance is predicted from the use of the theory of multiphoton resonance. Further, we investigate the influence of variations in parameters such as the coupling strengths and detunings on the gate fidelity. We also use the wave-function and the density matrix approaches to analyze theoretically and numerically the effects of decoherence in the implementation of the gate.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Wirtschaft"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 340 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Versicherung + Risiko




Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
Zurück zum Zitat Nielsen, M.A., Chuang, I.L.: Quantum Computation and Quantum Information. Cambridge University Press, Cambridge (2000)MATH Nielsen, M.A., Chuang, I.L.: Quantum Computation and Quantum Information. Cambridge University Press, Cambridge (2000)MATH
2.
Zurück zum Zitat Shor, P.W.: Polynomial-time algorithms for prime factorization and discrete logarithms on a quantum computer. SIAM J. Comput. 26(5), 1484–1509 (1997)MathSciNetCrossRefMATH Shor, P.W.: Polynomial-time algorithms for prime factorization and discrete logarithms on a quantum computer. SIAM J. Comput. 26(5), 1484–1509 (1997)MathSciNetCrossRefMATH
3.
Zurück zum Zitat Grover, L.K.: Quantum mechanics helps in searching for a needle in a haystack. Phys. Rev. Lett. 79(2), 325–328 (1997)ADSCrossRef Grover, L.K.: Quantum mechanics helps in searching for a needle in a haystack. Phys. Rev. Lett. 79(2), 325–328 (1997)ADSCrossRef
4.
Zurück zum Zitat Barenco, A., Bennett, C.H., Cleve, R., DiVincenzo, D.P., Margolus, N., Shor, P., Sleator, T., Smolin, J.A., Weinfurter, H.: Elementary gates for quantum computation. Phys. Rev. A 52(5), 3457–3467 (1995)ADSCrossRef Barenco, A., Bennett, C.H., Cleve, R., DiVincenzo, D.P., Margolus, N., Shor, P., Sleator, T., Smolin, J.A., Weinfurter, H.: Elementary gates for quantum computation. Phys. Rev. A 52(5), 3457–3467 (1995)ADSCrossRef
6.
Zurück zum Zitat Cirac, J.I., Zoller, P.: Quantum computations with cold trapped ions. Phys. Rev. Lett. 74(20), 4091–4094 (1995)ADSCrossRef Cirac, J.I., Zoller, P.: Quantum computations with cold trapped ions. Phys. Rev. Lett. 74(20), 4091–4094 (1995)ADSCrossRef
7.
Zurück zum Zitat Jonathan, A.J., Michele, M., Rasmus, H.H.: Implementation of a quantum search algorithm on a quantum computer. Nature 393, 344–346 (1998)ADSCrossRef Jonathan, A.J., Michele, M., Rasmus, H.H.: Implementation of a quantum search algorithm on a quantum computer. Nature 393, 344–346 (1998)ADSCrossRef
8.
Zurück zum Zitat Raimond, J.M., Brune, M., Haroche, S.: Manipulating quantum entanglement with atoms and photons in a cavity. Rev. Mod. Phys. 73(3), 565–582 (2001)ADSMathSciNetCrossRefMATH Raimond, J.M., Brune, M., Haroche, S.: Manipulating quantum entanglement with atoms and photons in a cavity. Rev. Mod. Phys. 73(3), 565–582 (2001)ADSMathSciNetCrossRefMATH
9.
Zurück zum Zitat Mabuchi, H., Doherty, A.C.: Cavity quantum electrodynamics: coherence in context. Science 298(5597), 1372–1377 (2002)ADSCrossRef Mabuchi, H., Doherty, A.C.: Cavity quantum electrodynamics: coherence in context. Science 298(5597), 1372–1377 (2002)ADSCrossRef
10.
Zurück zum Zitat van Enk, S.J., Kimble, H.J., Mabuchi, H.: Quantum information processing in cavity-QED. Quantum Inf. Process. 3(1–5), 75–90 (2004)CrossRefMATH van Enk, S.J., Kimble, H.J., Mabuchi, H.: Quantum information processing in cavity-QED. Quantum Inf. Process. 3(1–5), 75–90 (2004)CrossRefMATH
11.
Zurück zum Zitat Haroche, S., Raimond, J.-M.: Exploring the Quantum: Atoms, Cavities, and Photons. OUP, Oxford (2013)MATH Haroche, S., Raimond, J.-M.: Exploring the Quantum: Atoms, Cavities, and Photons. OUP, Oxford (2013)MATH
12.
Zurück zum Zitat Pellizzari, T., Gardiner, S.A., Cirac, J.I., Zoller, P.: Decoherence, continuous observation, and quantum computing: a cavity qed model. Phys. Rev. Lett. 75(21), 3788–3791 (1995)ADSCrossRef Pellizzari, T., Gardiner, S.A., Cirac, J.I., Zoller, P.: Decoherence, continuous observation, and quantum computing: a cavity qed model. Phys. Rev. Lett. 75(21), 3788–3791 (1995)ADSCrossRef
13.
Zurück zum Zitat Zubairy, M.S., Kim, M., Scully, M.O.: Cavity-QED-based quantum phase gate. Phys. Rev. A 68(3), 033820 (2003)ADSCrossRef Zubairy, M.S., Kim, M., Scully, M.O.: Cavity-QED-based quantum phase gate. Phys. Rev. A 68(3), 033820 (2003)ADSCrossRef
14.
Zurück zum Zitat Rauschenbeutel, A., Nogues, G., Osnaghi, S., Bertet, P., Brune, M., Raimond, J.M., Haroche, S.: Coherent operation of a tunable quantum phase gate in cavity QED. Phys. Rev. Lett. 83(24), 5166–5169 (1999)ADSCrossRef Rauschenbeutel, A., Nogues, G., Osnaghi, S., Bertet, P., Brune, M., Raimond, J.M., Haroche, S.: Coherent operation of a tunable quantum phase gate in cavity QED. Phys. Rev. Lett. 83(24), 5166–5169 (1999)ADSCrossRef
15.
Zurück zum Zitat Hacker, B., Welte, S., Rempe, G., Ritter, S.: A photon–photon quantum gate based on a single atom in an optical resonator. Nature 536, 193–196 (2016)ADSCrossRef Hacker, B., Welte, S., Rempe, G., Ritter, S.: A photon–photon quantum gate based on a single atom in an optical resonator. Nature 536, 193–196 (2016)ADSCrossRef
16.
Zurück zum Zitat Reiserer, A., Rempe, G.: Cavity-based quantum networks with single atoms and optical photons. Rev. Mod. Phys. 87(4), 1379–1418 (2015)ADSCrossRef Reiserer, A., Rempe, G.: Cavity-based quantum networks with single atoms and optical photons. Rev. Mod. Phys. 87(4), 1379–1418 (2015)ADSCrossRef
17.
Zurück zum Zitat Everitt, M.S., Garraway, B.M.: Multiphoton resonances for all-optical quantum logic with multiple cavities. Phys. Rev. A 90(1), 012335 (2014)ADSCrossRef Everitt, M.S., Garraway, B.M.: Multiphoton resonances for all-optical quantum logic with multiple cavities. Phys. Rev. A 90(1), 012335 (2014)ADSCrossRef
18.
Zurück zum Zitat Shore, B.W.: Two-level behavior of coherent excitation of multilevel systems. Phys. Rev. A 24(3), 1413–1418 (1981)ADSCrossRef Shore, B.W.: Two-level behavior of coherent excitation of multilevel systems. Phys. Rev. A 24(3), 1413–1418 (1981)ADSCrossRef
19.
20.
Zurück zum Zitat Meschede, D., Walther, H., Müller, G.: One-atom maser. Phys. Rev. Lett. 54(6), 551–554 (1985)ADSCrossRef Meschede, D., Walther, H., Müller, G.: One-atom maser. Phys. Rev. Lett. 54(6), 551–554 (1985)ADSCrossRef
22.
Zurück zum Zitat Barnett, S.M., Radmore, P.M.: Methods in Theoretical Quantum Optics. Clarendon, Oxford (2002)CrossRefMATH Barnett, S.M., Radmore, P.M.: Methods in Theoretical Quantum Optics. Clarendon, Oxford (2002)CrossRefMATH
23.
Zurück zum Zitat Dalibard, J., Castin, Y., Mølmer, K.: Wave-function approach to dissipative processes in quantum optics. Phys. Rev. Lett. 68(5), 580–583 (1992)ADSCrossRef Dalibard, J., Castin, Y., Mølmer, K.: Wave-function approach to dissipative processes in quantum optics. Phys. Rev. Lett. 68(5), 580–583 (1992)ADSCrossRef
24.
Zurück zum Zitat Kuhr, S., Gleyzes, S., Guerlin, C., Bernu, J., Hoff, U.B., Deléglise, S., Osnaghi, S., Brune, M., Raimond, J.M., Haroche, S., Jacques, E., Bosland, P., Visentin, B.: Ultrahigh finesse Fabry–Pérot superconducting resonator. Appl. Phys. Lett. 90, 164101 (2007)ADSCrossRef Kuhr, S., Gleyzes, S., Guerlin, C., Bernu, J., Hoff, U.B., Deléglise, S., Osnaghi, S., Brune, M., Raimond, J.M., Haroche, S., Jacques, E., Bosland, P., Visentin, B.: Ultrahigh finesse Fabry–Pérot superconducting resonator. Appl. Phys. Lett. 90, 164101 (2007)ADSCrossRef
25.
Zurück zum Zitat Leibfried, D., Blatt, R., Monroe, C., Wineland, D.: Quantum dynamics of single trapped ions. Rev. Mod. Phys. 75(1), 281–324 (2003)ADSCrossRef Leibfried, D., Blatt, R., Monroe, C., Wineland, D.: Quantum dynamics of single trapped ions. Rev. Mod. Phys. 75(1), 281–324 (2003)ADSCrossRef
26.
Zurück zum Zitat Bergquist, J.C., Hulet, R.G., Itano, W.M., Wineland, D.J.: Observation of quantum jumps in a single atom. Phys. Rev. Lett. 57(14), 1699–1702 (1986)ADSCrossRef Bergquist, J.C., Hulet, R.G., Itano, W.M., Wineland, D.J.: Observation of quantum jumps in a single atom. Phys. Rev. Lett. 57(14), 1699–1702 (1986)ADSCrossRef
27.
Zurück zum Zitat Nagourney, W., Sandberg, J., Dehmelt, H.: Shelved optical electron amplifier: observation of quantum jumps. Phys. Rev. Lett. 56(26), 2797–2799 (1986)ADSCrossRef Nagourney, W., Sandberg, J., Dehmelt, H.: Shelved optical electron amplifier: observation of quantum jumps. Phys. Rev. Lett. 56(26), 2797–2799 (1986)ADSCrossRef
28.
Zurück zum Zitat Cha, E.H., Jeong, T., Noh, H.: Two-color polarization spectroscopy in \(V\)-type configuration in rubidium. Opt. Commun. 326, 175–179 (2014)ADSCrossRef Cha, E.H., Jeong, T., Noh, H.: Two-color polarization spectroscopy in \(V\)-type configuration in rubidium. Opt. Commun. 326, 175–179 (2014)ADSCrossRef
30.
Zurück zum Zitat Ritter, S., Nölleke, C., Hahn, C., Reiserer, A., Neuzner, A., Uphoff, M., Mücke, M., Figueroa, E., Bochmann, J., Rempe, G.: An elementary quantum network of single atoms in optical cavities. Nature 484, 195–200 (2012)ADSCrossRef Ritter, S., Nölleke, C., Hahn, C., Reiserer, A., Neuzner, A., Uphoff, M., Mücke, M., Figueroa, E., Bochmann, J., Rempe, G.: An elementary quantum network of single atoms in optical cavities. Nature 484, 195–200 (2012)ADSCrossRef
31.
Zurück zum Zitat McKeever, J., Buck, J.R., Boozer, A.D., Kuzmich, A., Nägerl, H.-C., Stamper-Kurn, D.M., Kimble, H.J.: State-insensitive cooling and trapping of single atoms in an optical cavity. Phys. Rev. Lett. 90(13), 133602 (2003)ADSCrossRef McKeever, J., Buck, J.R., Boozer, A.D., Kuzmich, A., Nägerl, H.-C., Stamper-Kurn, D.M., Kimble, H.J.: State-insensitive cooling and trapping of single atoms in an optical cavity. Phys. Rev. Lett. 90(13), 133602 (2003)ADSCrossRef
32.
Zurück zum Zitat Walther, H., Varcoe, B.T.H., Englert, B.G., Becker, T.: Cavity quantum electrodynamics. Rep. Prog. Phys. 69(5), 1325 (2006)ADSCrossRef Walther, H., Varcoe, B.T.H., Englert, B.G., Becker, T.: Cavity quantum electrodynamics. Rep. Prog. Phys. 69(5), 1325 (2006)ADSCrossRef
33.
Zurück zum Zitat Kollár, A.J., Papageorge, A.T., Vaidya, V.D., Guo, Y., Keeling, J., Lev, B.L.: Supermode-density-wave-polariton condensation with a Bose–Einstein condensate in a multimode cavity. Nat. Commun. 8(14386), 17 (2017) Kollár, A.J., Papageorge, A.T., Vaidya, V.D., Guo, Y., Keeling, J., Lev, B.L.: Supermode-density-wave-polariton condensation with a Bose–Einstein condensate in a multimode cavity. Nat. Commun. 8(14386), 17 (2017)
34.
Zurück zum Zitat Sundaresan, N.M., Liu, Y., Sadri, D., Szőcs, L.J., Underwood, D.L., Malekakhlagh, M., Türeci, H.E., Houck, A.A.: Beyond strong coupling in a multimode cavity. Phys. Rev. X 5(2), 021035 (2015) Sundaresan, N.M., Liu, Y., Sadri, D., Szőcs, L.J., Underwood, D.L., Malekakhlagh, M., Türeci, H.E., Houck, A.A.: Beyond strong coupling in a multimode cavity. Phys. Rev. X 5(2), 021035 (2015)
Metadaten
Titel
Quantum phase gate based on multiphoton process in multimode cavity QED
verfasst von
Moteb M. Alqahtani
Publikationsdatum
01.09.2018
Verlag
Springer US
Erschienen in
Quantum Information Processing / Ausgabe 9/2018
Print ISSN: 1570-0755
Elektronische ISSN: 1573-1332
DOI
https://doi.org/10.1007/s11128-018-1979-6

Weitere Artikel der Ausgabe 9/2018

Quantum Information Processing 9/2018 Zur Ausgabe

Neuer Inhalt