論文の概要: Experimental entanglement swapping through single-photon $χ^{(2)}$ nonlinearity
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.17267v1
- Date: Tue, 26 Nov 2024 09:44:50 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-11-27 13:34:29.814131
- Title: Experimental entanglement swapping through single-photon $χ^{(2)}$ nonlinearity
- Title（参考訳）: 単一光子$\^{(2)}=非線形性による実験的絡み合い交換
- Authors: Yoshiaki Tsujimoto, Kentaro Wakui, Tadashi Kishimoto, Shigehito Miki, Masahiro Yabuno, Hirotaka Terai, Mikio Fujiwara, Go Kato,
- Abstract要約: 我々は、$chi(2)$-nonlinear光導波路において、単一光子間の総周波発生(SFG)を用いた第1の絡み合わせスワップを実証する。
その結果, 交換状態の忠実度は0.770(76)以下であることが確認された。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.8030359871216615
- License:
- Abstract: In photonic quantum information processing, quantum operations using nonlinear photon-photon interactions are vital for implementing two-qubit gates and enabling faithful entanglement swapping. However, due to the weak interaction between single photons, the all-photonic realization of such quantum operations has remained out of reach so far. Herein, we demonstrate a first entanglement swapping using sum-frequency generation (SFG) between single photons in a $\chi^{(2)}$-nonlinear optical waveguide. We show that a highly efficient, stable SFG-based Bell-state analyzer and an ultralow-dark-count superconducting single-photon detector satisfy the high signal-to-noise ratio requirement for the swapping protocol.Furthermore, the system clock is enhanced by utilizing ultrafast telecom entangled photon pair sources that operate in the GHz range. Our results confirm a lower bound 0.770(76) for the swapped state's fidelity, surpassing the classical limit of 0.5 successfully. Our findings highlight the strong potential of broadband all-single-photonic nonlinear interactions for further sophistication in long-distance quantum communication and photonic quantum computation.
- Abstract（参考訳）: フォトニック量子情報処理において、非線形光子-光子相互作用を用いた量子演算は、2量子ゲートの実装と忠実な絡み合わせを可能にするために不可欠である。
しかし、単一光子間の弱い相互作用のため、そのような量子演算の完全光子的実現は今のところ到達できないままである。
ここでは, 単一光子間の総周波発生(SFG)を用いた最初の絡み合わせ交換を, $\chi^{(2)}$-非線形光導波路で実証する。
我々は,高効率で安定なSFGベースのベル状態解析器と超低dark数超伝導単光子検出器がスワッピングプロトコルの高信号対雑音比要件を満たしていることを示す。
その結果, 交換状態の忠実度は0.770(76)以下であることが確認された。
我々の研究は、長距離量子通信とフォトニック量子計算におけるさらなる高度化のためのブロードバンド全単光子-光子-非線形相互作用の強い可能性を強調した。
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