Deterministic Generation of Frequency-Bin-Encoded Microwave Photons
Artikel i vetenskaplig tidskrift, 2025

A distributed quantum computing network requires a quantum communication channel between spatially separated processing units. In superconducting circuits, such a channel can be implemented based on propagating microwave photons to encode and transfer quantum information between an emitter and a receiver. However, traveling microwave photons can be lost during the transmission, leading to the failure of information transfer. Heralding protocols can be used to detect such photon losses. In this Letter, we propose such a protocol and experimentally demonstrate a frequency-bin encoding method of microwave photonic modes using superconducting circuits. We deterministically encode the quantum information from a superconducting qubit by simultaneously emitting its information into two photonic modes at different frequencies, with a process fidelity of 94.9%. The frequency-bin-encoded photonic modes can be used, at the receiver processor, to detect the occurrence of photon loss. Our Letter thus provides a reliable method to implement high-fidelity quantum state transfer in a distributed quantum computing network, incorporating error detection to enhance performance and accuracy.

Författare

Jiaying Yang

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi

Maryam Khanahmadi

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Tillämpad kvantfysik

Ingrid Strandberg

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi

Akshay Gaikwad

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Tillämpad kvantfysik

Claudia Castillo-Moreno

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi

Anton Frisk Kockum

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Tillämpad kvantfysik

Muhammad Asad Ullah

Ericsson AB

Göran Johansson

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Tillämpad kvantfysik

Axel Martin Eriksson Lundström

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi

Simone Gasparinetti

Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap, Kvantteknologi

Physical Review Letters

0031-9007 (ISSN) 1079-7114 (eISSN)

Vol. 134 24 240803

Experimental Search for Quantum Advantages in Thermodynamics (ESQuAT)

Europeiska kommissionen (EU) (EC/HE/101041744), 2023-01-01 -- 2027-12-31.

Kvantsimulering och kvantkommunikation med stora atomer

Stiftelsen för Strategisk forskning (SSF) (FFL21-0279), 2022-08-01 -- 2027-12-31.

Stora atomer - en ny regim för kvantoptik

Vetenskapsrådet (VR) (2019-03696), 2020-01-01 -- 2023-12-31.

Ämneskategorier (SSIF 2025)

Atom- och molekylfysik och optik

Annan elektroteknik och elektronik

Annan fysik

DOI

10.1103/PhysRevLett.134.240803

Mer information

Senast uppdaterat

2025-07-15