論文の概要: Hybrid Quantum Repeaters with Ensemble-based Quantum Memories and
Single-spin Photon Transducers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.12395v1
- Date: Mon, 22 Jan 2024 22:56:50 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-01-24 17:33:23.615082
- Title: Hybrid Quantum Repeaters with Ensemble-based Quantum Memories and
Single-spin Photon Transducers
- Title（参考訳）: 量子メモリと単一スピン光子変換器を組み合わせたハイブリッド量子リピータ
- Authors: Fenglei Gu, Shankar G Menon, David Maier, Antariksha Das, Tanmoy
Chakraborty, Wolfgang Tittel, Hannes Bernien, Johannes Borregaard
- Abstract要約: 我々は、2つの有望なハードウェアプラットフォームをハイブリッド量子リピータアーキテクチャに組み合わせることを提案する。
ナノフォトニック共振器と結合した1つのルビジウム原子が、高レートでテレコム可視光子源として機能する方法について述べる。
解析の結果,最大16のリピータ局を用いて,最大350個の記憶モードを持つ2つのTmメモリと4つのRb原子を同時に装備することにより,最大1000kmの距離で毎秒数百キュービットを超える量子通信速度を達成できることがわかった。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 14.193386543172695
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Reliable quantum communication over hundreds of kilometers is a daunting yet
necessary requirement for a quantum internet. To overcome photon loss, the
deployment of quantum repeater stations between distant network nodes is
necessary. A plethora of different quantum hardware is being developed for this
purpose, each platform with its own opportunities and challenges. Here, we
propose to combine two promising hardware platforms in a hybrid quantum
repeater architecture to lower the cost and boost the performance of
long-distance quantum communication. We outline how ensemble-based quantum
memories combined with single-spin photon transducers, which are devices that
can generate, convert, and modulate photons with single spins, can facilitate
massive multiplexing, efficient photon generation, and quantum logic for
amplifying communication rates. As a specific example, we describe how a single
Rubidium (Rb) atom coupled to nanophotonic resonators can function as a
high-rate, telecom-visible entangled photon source with the visible photon
being compatible with storage in a Thulium-doped crystal memory (Tm-memory) and
the telecom photon being compatible with low loss fiber propagation. We
experimentally verify that Tm and Rb transitions are in resonance with each
other. Our analysis shows that by employing up to 16 repeater stations, each
equipped with two Tm-memories capable of holding up to 350 storage modes, along
with four single Rb atoms, one can reach a quantum communication rate exceeding
hundreds of qubits per second across distances of up to 1000 km.
- Abstract（参考訳）: 数百kmを超える信頼性の高い量子通信は、量子インターネットにとって必須の要件である。
光子損失を克服するには、遠隔ネットワークノード間の量子リピータステーションの配置が必要である。
様々な量子ハードウェアがこの目的のために開発されており、それぞれのプラットフォームには独自の機会と課題がある。
本稿では、2つの有望なハードウェアプラットフォームをハイブリッド量子リピータアーキテクチャに組み合わせて、コストを削減し、長距離量子通信の性能を高めることを提案する。
本稿では、光子を単一スピンで生成、変換、変調できるデバイスである単一スピン光子トランスデューサと、アンサンブルベースの量子メモリを組み合わせることで、通信速度を増幅するための大規模多重化、効率的な光子生成、量子論理を促進させる方法について概説する。
特定の例として、ナノフォトニック共振器に結合した1つのルビジウム(Rb)原子が高レートでテレコム可視光子源として機能し、可視光子がサリウムドープ結晶メモリ(Tmメモリ)の記憶に適合し、テレコム光子が低損失ファイバ伝播に適合することを示す。
我々はTmとRbの遷移が互いに共鳴していることを実験的に検証した。
解析の結果,最大16のリピータ局を用いて,最大350個の記憶モードを持つ2つのTmメモリと4つのRb原子を同時に装備することにより,最大1000kmの距離で毎秒数百キュービットを超える量子通信速度を達成できることがわかった。
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