任意单光子多模 $W$ 态的统一生成与快速发射

我们提出了一种在电路 QED 中统一且确定性地生成任意单光子多模 $W$ 态的方案。一个三能级系统（qutrit）由泵浦激光脉冲驱动，并与 $N$ 个空间分离的谐振腔耦合。每个空间模式的耦合强度 $g_i$ 完全决定了生成的单光子 N 模 $W$ 态 $\vert W_N \rangle=\frac{1}{A}\sum_{i=1}^N g_i|0_1 0_2 \cdots 1_i 0_{i+1}\cdots 0_N\rangle$，因此只需调节 $g_i$ 即可生成任意 $\vert W_N \rangle$。我们不仅可以在谐振腔内生成 $W$ 态，还可以按需将其释放到传输线中。对于任意 $N$，生成（或发射）$\vert W_N \rangle$ 的时间和保真度都可以相同。值得注意的是，根据参数的不同，$\vert W_N\rangle$ 可以在 $20-50$ ns 内以高达 $98.9\%$ 的概率发射，与近期报道的最快双量子比特门（$30-45$ ns）相当。最后，由于仅泵浦脉冲依赖于时间，该时间演化过程易于控制。