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Interaction-Free Quantum Optical Fredkin Gates in Microdisks

机译：微盘中无相互作用的量子光学弗雷德金门

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We present novel “interaction-free” realizations of quantum optical Fredkin gates that do not rely on direct physical coupling between the target light (signal) and the control light (pump). The interaction-free feature of such gates allow to overcome the fundamental limits of photon loss and quantum-state decoherence imposed by the signal-pump coupling. This advantage, together with the low inherent quantum-noise level in χ(2) microdisks, gives rise to substantially improved performance over the existing Fredkin-gate designs. Explicitly using lithium-niobate mircrodisks, we present two kinds of interaction-free Fredkin gates, a phase gate and an optical-path gate, both of which are designed with telecom-band applications in mind. For both gates, the threshold pump peak power to achieve a gate contrast >;100 and a signal loss <;10% is hundreds of microwatts for practical parameters of the devices.
机译：我们提出了量子光学弗雷德金门的新型“无交互”实现，它不依赖于目标光（信号）和控制光（泵）之间的直接物理耦合。这种门的无相互作用特征允许克服由信号泵浦耦合引起的光子损失和量子态去相干的基本限制。这种优势，再加上χ（2）微型磁盘固有的低量子噪声水平，与现有的Fredkin-gate设计相比，可以显着提高性能。明确使用铌酸锂微磁盘，我们展示了两种互不干扰的弗雷德金门：相位门和光路门，这两种门都是在考虑电信频段应用的情况下设计的。对于两个门，对于器件的实际参数而言，达到> 100的门对比度和<> 10％的信号损耗的阈值泵浦峰值功率为数百微瓦。

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