利用整形自由电子产生光学猫态与 GKP 态
量子物理
2026-01-30 v1 光学
摘要
猫态与 Gottesman-Kitaev-Preskill（GKP）态在连续变量量子计算与量子通信中起着关键作用。此类态的产生依赖于强非线性光-物质相互作用，这种相互作用在微波频段广泛存在，如电路量子电动力学平台。然而，光学频段的强非线性难以获得，严重限制了连续变量量子信息在光学范围内的使用。本文提出利用自由电子与光的强相互作用作为光学猫态与 GKP 态的源。该强相互作用可通过自由电子与光学波导和光子晶体等光子结构的相位匹配来实现。我们的方法能够产生压缩 above 10 dB、在 10% 后选择概率下保真度 above 90% 的光学 GKP 态，若使用初始压缩真空态甚至可达 >30%。此外，自由电子相互作用允许对光子态进行条件旋转，从而能将一对 GKP 态纠缠为 GKP Bell 态。由于电子可与整个电磁频谱中的光发生共振相互作用，我们的方法可用于产生从无线电波到 X 射线的整个电磁频谱上的猫态与 GKP 态。
引用
@article{arxiv.2206.08828,
title = {Creation of Optical Cat and GKP States Using Shaped Free Electrons},
author = {Raphael Dahan and Gefen Baranes and Alexey Gorlach and Ron Ruimy and Nicholas Rivera and Ido Kaminer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2206.08828},
year = {2026}
}
备注
26 pages, 4 figures, 1 table