结构化波导中巨原子的受控Z门
量子物理
2026-03-30 v1
摘要
巨原子是与波导在多个空间分离点耦合的量子发射器，使得干涉效应从根本上改变了其光与物质的相互作用。干涉的一个显著后果是出现无退相干相互作用（DFI），它允许巨原子通过波导进行相干激发交换而不产生辐射损失。利用DFI为实现两量子比特量子门提供了一条有前景的途径，无需额外资源，使巨原子成为可扩展通用量子模拟器的多功能平台。然而，现有工作主要集中于连续、马尔可夫波导；在结构化波导中，非马尔可夫效应变得显著，只有iSWAP门被探索过。为了填补这一空白，我们引入并分析了在结构化波导中使用巨原子实现受控Z门（CZ门）的方案。我们首先证明，虽然最小两点耦合方案支持DFI，但它也表现出强烈的非马尔可夫效应，显著降低门保真度。为克服这一限制，我们提出了一种具有第三个耦合点的扩展设计。该配置抑制了非马尔可夫效应，实现了高达97.7%的CZ门保真度（假设实验缺陷的典型值）。我们的结果将巨原子在结构化波导中可访问的门集扩展到包括iSWAP和CZ门，推动这些系统作为在非马尔可夫环境中运行的通用量子模拟器的途径。
引用
@article{arxiv.2603.26345,
title = {Controlled-Z gates with giant atoms in structured waveguides},
author = {Walter Rieck and Ariadna Soro and Anton Frisk Kockum and Guangze Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.26345},
year = {2026}
}
备注
6 pages, 4 figures, source codes are available at https://github.com/Q-WAVES/GiantAtoms/