論文の概要: Scalable Multipartite Entanglement of Remote Rare-earth Ion Qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.16224v1
• Date: Sun, 25 Feb 2024 23:55:29 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-02-27 14:53:23.647529
• Title: Scalable Multipartite Entanglement of Remote Rare-earth Ion Qubits
• Title（参考訳）: リモート希土類イオンビットのスケーラブル多部絡み合い
• Authors: Andrei Ruskuc, Chun-Ju Wu, Emanuel Green, Sophie L. N. Hermans, Joonhee Choi, Andrei Faraon
• Abstract要約: 内部スピンを持つ単一光子エミッタは、量子リピータネットワークの開発において主要な候補である。 我々は、周波数消去光子検出とリアルタイム量子制御を利用する量子ネットワークにスケーラブルなアプローチを導入する。 この結果は, 固体エミッタの非均一性と不安定性によって課される普遍的限界を克服するための実用的な経路を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.9514210525254785
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Single photon emitters with internal spin are leading contenders for developing quantum repeater networks, enabling long-range entanglement distribution for transformational technologies in communications and sensing. However, scaling beyond current few-node networks will require radical improvements to quantum link efficiencies and fidelities. Solid-state emitters are particularly promising due to their crystalline environment, enabling nanophotonic integration and providing spins for memory and processing. However, inherent spatial and temporal variations in host crystals give rise to static shifts and dynamic fluctuations in optical transition frequencies, posing formidable challenges in establishing large-scale, multipartite entanglement. Here, we introduce a scalable approach to quantum networking that utilizes frequency erasing photon detection in conjunction with adaptive, real-time quantum control. This enables frequency multiplexed entanglement distribution that is also insensitive to deleterious optical frequency fluctuations. Single rare-earth ions are an ideal platform for implementing this protocol due to their long spin coherence, narrow optical inhomogeneous distributions, and long photon lifetimes. Using two 171Yb:YVO4 ions in remote nanophotonic cavities we herald bipartite entanglement and probabilistically teleport quantum states. Then, we extend this protocol to include a third ion and prepare a tripartite W state: a useful input for advanced quantum networking applications. Our results provide a practical route to overcoming universal limitations imposed by non-uniformity and instability in solid-state emitters, whilst also showcasing single rare-earth ions as a scalable platform for the future quantum internet.
• Abstract（参考訳）: 内部スピンを持つ単一光子エミッタは、通信やセンシングにおける変換技術のための長距離エンタングルメント分布を可能にする量子リピータネットワークを開発するための主要な候補である。 しかし、現在の数ノードネットワークを超えるスケーリングでは、量子リンク効率と忠実性を大幅に改善する必要がある。 固体エミッタはその結晶環境のために特に有望であり、ナノフォトニクスの統合を可能にし、メモリと処理のためのスピンを提供する。 しかし、ホスト結晶の固有空間的および時間的変化は、静的なシフトと光遷移周波数の動的揺らぎを引き起こし、大規模で多成分の絡み合いを確立する上で大きな課題となる。 本稿では、周波数消去光子検出と適応型リアルタイム量子制御を併用した量子ネットワークへのスケーラブルなアプローチを提案する。 これにより、不要な光周波数変動にも敏感な周波数多重絡み合い分布が可能となる。 単一希土類イオンは、長いスピンコヒーレンス、狭い光不均一分布、長い光子寿命のため、このプロトコルを実装するのに理想的なプラットフォームである。 2つの171Yb:YVO4イオンを遠隔ナノフォトニックキャビティで使用し、バイパートライトの絡み合いと確率的に量子状態の伝送を行う。 次に、このプロトコルを第3のイオンを含むように拡張し、3部w状態を生成する:高度な量子ネットワークアプリケーションのための有用な入力。 その結果、固体エミッタの非均一性と不安定性によって課される普遍的な限界を克服する実用的な経路が得られ、一方、単一の希土類イオンを将来の量子インターネットのためのスケーラブルなプラットフォームとして示すことができる。

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