論文の概要: Enhancing Quantum Memories with Light-Matter Interference

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.17365v2
• Date: Mon, 02 Dec 2024 11:08:22 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-03 13:35:49.884401
• Title: Enhancing Quantum Memories with Light-Matter Interference
• Title（参考訳）: 光干渉による量子メモリの強化
• Authors: Paul M. Burdekin, Ilse Maillette de Buy Wenniger, Stephen Sagona-Stophel, Jerzy Szuniewicz, Aonan Zhang, Sarah E. Thomas, Ian A. Walmsley,
• Abstract要約: 構成的な光・光干渉を利用して量子メモリプロトコルを拡張するための新しいアプローチを提案する。 我々は,この手法をセシウム蒸気中のラマン量子メモリに実装し,全効率を3倍以上に向上させる。 この新しいプロトコルは様々なメモリアーキテクチャに適用でき、スケーラブルで効率的で低ノイズで高帯域幅の量子メモリへの道を開く。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.5882548000462373
• License:
• Abstract: Future optical quantum technologies, including quantum networks and distributed quantum computing and sensing, demand efficient, broadband quantum memories. However, achieving high efficiencies in optical quantum memory protocols is a significant challenge, and typical methods to increase the efficiency can often introduce noise, reduce the bandwidth, or limit scalability. Here, we present a new approach to enhancing quantum memory protocols by leveraging constructive light-matter interference. We implement this method in a Raman quantum memory in warm Cesium vapor, and achieve a more than three-fold improvement in total efficiency reaching $(34.3\pm8.4)\%$, while retaining GHz-bandwidth operation and low noise levels. Numerical simulations predict that this approach can boost efficiencies in systems limited by atomic density, such as cold atomic ensembles, from $65\%$ to beyond $96\%$, while in warm atomic vapors it could reduce the laser intensity to reach a given efficiency by over an order-of-magnitude, and exceed $95\%$ total efficiency. Furthermore, we find that our method preserves the single-mode nature of the memory at significantly higher efficiencies. This new protocol is applicable to various memory architectures, paving the way toward scalable, efficient, low-noise, and high-bandwidth quantum memories.
• Abstract（参考訳）: 将来の量子ネットワークや分散量子コンピューティングやセンシングを含む光量子技術は、効率的なブロードバンド量子メモリを必要とする。 しかし、光量子メモリプロトコルで高効率を実現することは大きな課題であり、効率を上げるための典型的な方法は、しばしばノイズを導入し、帯域幅を減らしたり、拡張性を制限することができる。 本稿では, コンストラクティブ・ライト・マター干渉を利用した量子メモリプロトコルの拡張手法を提案する。 我々はこの手法をセシウム蒸気中のラマン量子メモリに実装し、GHz帯域幅演算と低雑音レベルを維持しつつ、合計効率を34.3\pm8.4%まで3倍以上に向上させる。 数値シミュレーションにより、この手法は、冷水原子のアンサンブルのような原子密度に制限された系の効率を6,5\%から9,6\%以上に向上させ、一方、温水原子の蒸気の場合、レーザー強度を1次オーダー・オブ・マグニチュードを超え、総効率を9,5\%以上に抑えることができると予測されている。 さらに,本手法はメモリの単一モード特性を極めて高い効率で保存する。 この新しいプロトコルは様々なメモリアーキテクチャに適用でき、スケーラブルで効率的で低ノイズで高帯域幅の量子メモリへの道を開く。

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