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

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.17365v3
• Date: Fri, 29 Aug 2025 09:16:53 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-01 13:41:09.879652
• 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: 本稿では, コンストラクティブ・ライト・マッター干渉を利用した量子メモリプロトコルの高速化手法を提案する。 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,全効率の3倍以上の改善を実現する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.654935919611933
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Future optical quantum technologies, such as quantum networks, distributed quantum computing and sensing, demand efficient, broadband quantum memories. However, achieving high efficiency without introducing noise, reducing bandwidth, or limiting scalability remains a challenge. Here, we present a new approach to enhance quantum memory protocols by leveraging constructive light-matter interference, leading to an increase in memory efficiency without increasing atomic density or laser intensity. We implement this method in a Raman quantum memory in warm Cesium vapor, and achieve more than a 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 needed to reach a given efficiency by over an order-of-magnitude, exceeding $95\%$ total efficiency. Furthermore, our method preserves the single-mode nature of the memory at high 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）: 将来の光量子技術(量子ネットワーク、分散量子コンピューティング、センシング)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、ノイズや帯域幅の削減、スケーラビリティの制限なしに高い効率を達成することは、依然として課題である。 そこで本研究では, 構成的な光・光干渉を利用して量子メモリプロトコルを強化する新しい手法を提案し, 原子密度やレーザー強度を増大させることなく, メモリ効率を向上させる。 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65 %$から96 %$を超えるものに向上させ、一方、温水原子の蒸気では、与えられた効率に達するのに必要なレーザー強度を9,5 %$以上の全効率で減少させ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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