論文の概要: Low noise quantum frequency conversion of photons from a trapped barium
ion to the telecom O-band
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.01205v1
- Date: Tue, 2 May 2023 05:08:10 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-03 15:12:31.269386
- Title: Low noise quantum frequency conversion of photons from a trapped barium
ion to the telecom O-band
- Title（参考訳）: 閉じ込められたバリウムイオンから通信用oバンドへの光子の低ノイズ量子周波数変換
- Authors: Uday Saha, James D. Siverns, John Hannegan, Qudsia Quraishi and Edo
Waks
- Abstract要約: トラップイオンは、スケーラブルで長距離の量子ネットワークにおける主要な候補の1つである。
イオン光子エンタングルメントを生成する方法の1つは、P_(1/2)レベルからS_(1/2)レベルへの光学的遷移を利用することである。
入力可視光子と出力通信光子の間で375.4 THzの周波数シフトを実現するために、2段階量子周波数変換方式を用いる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Trapped ions are one of the leading candidates for scalable and long-distance
quantum networks because of their long qubit coherence time, high fidelity
single- and two-qubit gates, and their ability to generate photons entangled
with the qubit state of the ion. One method for creating ion-photon
entanglement is to exploit optically transitions from the P_(1/2) to S_(1/2)
levels, which naturally emit spin-photon entangled states. But these optical
transitions typically lie in the ultra-violet and visible wavelength regimes.
These wavelengths exhibit significant fiber-optic propagation loss, thereby
limiting the transfer of quantum information to tens of meters. Quantum
frequency conversion is essential to convert these photons to telecom
wavelengths so that they can propagate over long distances in fiber-based
networks, as well as for compatibility with the vast number of telecom-based
opto-electronic components. Here, we generate O-band telecom photons via a low
noise quantum frequency conversion scheme from photons emitted from the P_(1/2)
to S_(1/2) dipole transition of a trapped barium ion. We use a two-stage
quantum frequency conversion scheme to achieve a frequency shift of 375.4 THz
between the input visible photon and the output telecom photon achieving a
conversion efficiency of 11%. We attain a signal-to-background ratio of over
100 for the converted O-band telecom photon with background noise less than 15
counts/sec. These results are an important step toward achieving trapped ion
quantum networks over long distances for distributed quantum computing and
quantum communication.
- Abstract（参考訳）: 閉じ込められたイオンは、長い量子ビットコヒーレンス時間、高忠実度単量子ゲートと2量子ビットゲート、イオンの量子ビット状態と絡み合った光子を生成する能力から、スケーラブルで長距離量子ネットワークの有力候補の一つである。
p_(1/2) から s_(1/2) レベルへの光学遷移を利用して、自然にスピン-光子絡み合い状態を生成する。
しかし、これらの光遷移は通常、紫外および可視の波長状態にある。
これらの波長は光ファイバー伝搬損失が大きく、量子情報の数十メートルへの転送を制限している。
量子周波数変換は、光子をテレコム波長に変換してファイバベースネットワークの長距離を伝播し、多数の光電子部品と互換性を持たせるために必要である。
ここでは、捕捉されたバリウムイオンのP_(1/2)からS_(1/2)双極子遷移から放出される光子から低雑音量子周波数変換方式により、Oバンド通信光子を生成する。
入力可視光子と出力光通信光子の間で375.4thzの周波数シフトを実現し、11%の変換効率を達成するために、2段階の量子周波数変換方式を用いる。
背景雑音が15カウント/秒以下で変換されたoバンド通信光子の信号対バックグランド比を100以上とする。
これらの結果は、分散量子コンピューティングと量子通信のための長距離イオン量子ネットワークを実現するための重要なステップである。
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