論文の概要: Hybrid Quantum Repeaters with Ensemble-based Quantum Memories and Single-spin Photon Transducers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.12395v3
- Date: Fri, 26 Apr 2024 08:02:02 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-04-29 17:38:26.910374
- Title: Hybrid Quantum Repeaters with Ensemble-based Quantum Memories and Single-spin Photon Transducers
- Title（参考訳）: アンサンブル型量子メモリと単一スピン光子トランスデューサを用い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する方法について述べる。
解析の結果,最大9つのリピータ局を用いて,最大625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1秒間に10個の秘密ビットの量子通信速度に達することができることがわかった。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 13.607316611508045
- 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 can transfer quantum information between a photon and a single spin, 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 9 repeater stations, each equipped with two Tm-memories capable of holding up to 625 storage modes, along with four single Rb atoms, one can reach a quantum communication rate of about 10 secret bits per second across distances of up to 1000 km.
- Abstract（参考訳）: 数百キロにわた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非常に必要な要件である。
光子損失を克服するためには、遠隔ネットワークノード間の量子中継局の配置が必要である。
この目的のために、さまざまな量子ハードウェアが開発されており、各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。
我々は、光子と1本のスピンの間で量子情報を伝達できる単一スピン光子変換器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、大規模な多重化、効率的な光子生成、および通信速度を増幅する量子ロジックを実現す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9つのリピータ局を用いて,最大625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1秒間に10個の秘密ビットの量子通信速度に達することができることがわかった。
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