腔辅助自旋运动光子相互作用的散射理论

腔辅助光子散射(CAPS)是实现静止量子比特内部态与飞行光子之间强相互作用的强大机制,支撑了包括远程纠缠生成和预报性原子-光子门在内的一系列混合原子-光子协议。近年来,运动量子态已成为利用原子量子比特进行量子信息处理的重要构建模块,既作为可相干控制的自由度,又作为通过非期望自旋-运动耦合产生的基本错误通道。然而,在与CAPS操作相关的腔量子电动力学共振耦合体制下,自旋-运动-光子耦合的解析公式至今仍难以获得。该研究通过将散射理论扩展到包含运动自由度,开发了完整的CAPS解析框架,该框架融合了原子运动与反射光子之间的相干相互作用。所得到的基于算符的紧凑输入-输出关系统一适用于各种腔几何结构、自旋依赖的囚禁势阱以及非全同的多自旋系统。作为示例应用,该框架被用于阐明原子运动如何影响基于CAPS的原子-光子门,并识别出抑制运动诱导误差的参数区间。该框架为在CAPS操作中缓解运动误差,以及在原子-光子界面有意利用运动-光子相互作用提供了理论基础。

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提交arXiv: 2026-06-25 02:34

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