基于单光子法拉第效应的量子网络单光子马赫 - 曾德尔干涉仪：原理与应用

结合半导体纳米结构的最新进展以及光子晶体在限制和操纵光方面的多功能性，量子网络为实现集成化低功耗量子技术提供了前景。在由波导和嵌入量子点的纳米腔组成的量子网络中，理论已证明，利用单光子法拉第效应，存储在电子自旋中的多量子比特态可以通过单光子从一个量子点传输到另一个量子点。然而，除了能够转移量子信息外，量子网络还需要增加功能，例如 (1) 控制量子信息的流动，以及 (2) 执行易于集成的特定量子比特操作。在本文中，我们展示了原则上如何利用单光子法拉第效应操纵单光子几何相位的单光子马赫 - 曾德尔干涉仪，既可作为开关控制量子网络内部量子信息的流动，又可作为各种单量子比特量子门对单光子执行操作。我们提出的马赫 - 曾德尔干涉仪可以完全集成到芯片上的量子网络中。鉴于 X 门、Z 门和 XZ 门对于实现量子隐形传态至关重要，我们明确展示了通过我们提出的单光子马赫 - 曾德尔干涉仪实现这些门的方法。我们还明确展示了实现 Hadamard 门和单量子比特相位门的方法，这些门是完成量子网络中集成量子计算通用量子门集所必需的。