基于波导网络的单光子路由与纠缠生成的量子开关

量子节点的互连在扩展量子计算单元和实现远距离量子寄存器间的信息处理方面具有巨大前景。此类量子网络可通过超导量子比特与波导连接来实现，波导通过传输单光子促进快速且鲁棒的按需量子信息交换。在本文中，我们提出利用额外的量子比特自由度作为量子开关，以相干方式调控系统动力学。这些开关通过量子比特与传输谐振器的色散耦合来实现，传输谐振子在节点量子比特与量子链路之间介导相互作用。通过波包整形技术，我们证明当开关闭合时，全激发以传播光子的形式发生转移，而开关打开时仅允许部分转移且不扭曲发射光子的形状。基于这种开关机制，我们提出了通过单光子路由在网络中确定性生成纠缠态的协议，例如 Bell、Greenberger-Horne-Zeilinger 和 W 态。通过对三节点网络的数值模拟，结合退相干和光子损耗效应，验证了我们方法的可行性。我们的结果表明，采用所提出的量子开关可在当前最先进的平台上实现高保真度纠缠态。