論文の概要: Quantum repeaters enhanced by vacuum beam guides

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.13397v2
• Date: Tue, 22 Apr 2025 04:53:34 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-30 12:02:06.641074
• Title: Quantum repeaters enhanced by vacuum beam guides
• Title（参考訳）: 真空ビームガイドによる量子リピータの強化
• Authors: Yu Gan, Mohadeseh Azari, Nitish Kumar Chandra, Xin Jin, Jinglei Cheng, Kaushik P. Seshadreesan, Junyu Liu,
• Abstract要約: 量子通信ネットワークの開発は、光ファイバーチャネルにおける光子損失とデコヒーレンスに起因する重要な課題に直面している。 本研究は真空ビームガイド(VBG)を用いた超低損失伝送プラットフォームの研究である。 VBGをリピータベースアーキテクチャに組み込むことで、リピータ間間隔を大幅に拡張できることを実証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.778966153428648
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The development of large-scale quantum communication networks faces critical challenges due to photon loss and decoherence in optical fiber channels. These fundamentally limit transmission distances and demand dense networks of repeater stations. This work investigates using vacuum beam guides (VBGs)-a promising ultra-low-loss transmission platform-as an alternative to traditional fiber links. By incorporating VBGs into repeater-based architectures, we demonstrate that the inter-repeater spacing can be substantially extended, resulting in fewer required nodes and significantly reducing hardware and operational complexity. We perform a cost-function analysis to quantify performance trade-offs across first, second, and third-generation repeaters. Our results show that first-generation repeaters reduce costs dramatically by eliminating entanglement purification. Third-generation repeaters benefit from improved link transmission success, which is crucial for quantum error correction. In contrast, second-generation repeaters exhibit a more nuanced response; although transmission loss is reduced, their performance remains primarily limited by logical gate errors rather than channel loss. These findings highlight that while all repeater generations benefit from reduced photon loss, the magnitude of improvement depends critically on the underlying error mechanisms. Vacuum beam guides thus emerge as a powerful enabler for scalable, high-performance quantum networks, particularly in conjunction with near-term quantum hardware capabilities.
• Abstract（参考訳）: 大規模量子通信ネットワークの開発は、光子損失と光ファイバーチャネルのデコヒーレンスによる重要な課題に直面している。 これらは基本的に送信距離を制限し、中継局の高密度ネットワークを要求する。 本研究は,従来のファイバリンクの代替として真空ビームガイド(VBG)を有望な超低損失伝送プラットフォームとして使用することを検討した。 VBGをリピータベースアーキテクチャに組み込むことで、リピータ間間隔が大幅に拡張され、必要なノードが少なくなり、ハードウェアと運用の複雑さが大幅に減少することを示した。 コスト関数解析を行い,第1,第2,第3世代リピータ間の性能トレードオフを定量化する。 その結果, 第1世代リピータは, 絡み合いの除去によってコストを劇的に削減できることが示唆された。 第3世代のリピータは、量子誤り訂正に欠かせないリンク伝送成功の改善の恩恵を受ける。 これとは対照的に、第2世代のリピータはよりニュアンスな応答を示し、伝送損失は減少するが、その性能はチャネル損失よりも論理ゲート誤差によって制限される。 これらの結果は、全てのリピータ世代は光子損失の減少による恩恵を受けるが、改善の規模は基礎となるエラー機構に大きく依存することを示している。 これにより、真空ビームガイドはスケーラブルで高性能な量子ネットワーク、特に短期量子ハードウェア機能との強力なイネーブラーとして出現する。

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