Decoherence-Free Interaction between Giant Atoms in Waveguide Quantum Electrodynamics

量子退相干 物理 量子位元 量子 量子力学 量子纠缠 波导管 量子芝诺效应 去相 无退相干子空间 量子光学 量子信息 量子计算机 量子纠错
作者
Anton Frisk Kockum,Göran Johansson,Franco Nori
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:120 (14): 140404-140404 被引量:328
标识
DOI:10.1103/physrevlett.120.140404
摘要

In quantum-optics experiments with both natural and artificial atoms, the atoms are usually small enough that they can be approximated as pointlike compared to the wavelength of the electromagnetic radiation with which they interact. However, superconducting qubits coupled to a meandering transmission line, or to surface acoustic waves, can realize "giant artificial atoms" that couple to a bosonic field at several points which are wavelengths apart. Here, we study setups with multiple giant atoms coupled at multiple points to a one-dimensional (1D) waveguide. We show that the giant atoms can be protected from decohering through the waveguide, but still have exchange interactions mediated by the waveguide. Unlike in decoherence-free subspaces, here the entire multiatom Hilbert space (2^{N} states for N atoms) is protected from decoherence. This is not possible with "small" atoms. We further show how this decoherence-free interaction can be designed in setups with multiple atoms to implement, e.g., a 1D chain of atoms with nearest-neighbor couplings or a collection of atoms with all-to-all connectivity. This may have important applications in quantum simulation and quantum computing.
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