利用频率编码光子缓解腔量子网络中的双折射效应

原子-腔系统为构建大规模分布式量子计算机提供了独特优势，能够在提供强原子-光子耦合的同时允许对原子量子比特进行高保真度的局域操作。然而，在光子态以偏振编码的常见方案中，腔双折射引入了腔本征模的能量分裂并改变了偏振态，从而限制了远程纠缠生成的保真度。为了应对这一挑战，我们提出了一种将光子量子比特编码在频率自由度上的方案。该方案依赖于多个横向腔模与频率上良好分离的不同原子跃迁之间的共振耦合。我们数值研究了光波包的时间特性、双光子干涉可见度以及在不同腔偏振模分裂下的原子-原子纠缠保真度，发现我们的方案受腔双折射的影响较小。最后，我们提出了在两种囚禁离子系统中的实际实现方案，分别利用 $\mathrm{^{40}Ca^{+}}$ 亚稳态 D 态的精细结构分裂和 $\mathrm{^{225}Ra^{+}}$ 基态的超精细分裂。我们的研究为腔量子网络提供了一种对双折射效应不那么敏感的新方法，适用于多种原子和固态发射体-腔界面。