論文の概要: Multimode and Random-Access Optical Quantum Memory via Adiabatic Phase Imprinting
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.12223v1
- Date: Fri, 13 Jun 2025 20:49:09 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-17 17:28:45.495936
- Title: Multimode and Random-Access Optical Quantum Memory via Adiabatic Phase Imprinting
- Title（参考訳）: Adiabatic Phase Inprintingによる光量子メモリのマルチモード化とランダム化
- Authors: Nasser Gohari Kamel, Sourabh Kumar, Ujjwal Gautam, Erhan Saglamyurek, Vahid Salari, Daniel Oblak,
- Abstract要約: 複数の量子ビットを同時に保存し、その後にランダムに選択された量子ビットのサブセットをリコールできるフォトニック量子メモリは、大規模量子ネットワークとコンピューティングにとって必須である。
量子メモリを実現するために,Rapid Adiabatic Passage (RAP) を用いた代替プロトコルを提案する。
複数の複雑な分光時間フォトニックモードの記憶と検索を実証し、8つの異なるスペクトルモードにわたる光ランダムアクセスメモリを実現する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: A photonic quantum memory capable of simultaneously storing multiple qubits and subsequently recalling any randomly selected subset of the qubits, is essential for large-scale quantum networking and computing. Such functionality, akin to classical Random-Access Memory (RAM), has proven difficult to implement due to the absence of a versatile random-access mechanism and limited multimode capacity in existing quantum memory protocols. A potential path to developing the quantum analog to RAM is offered by photon-echo protocols in rare-earth ion-doped materials, such as Revival Of Silenced Echo. These can utilize optical rephasing pulses to selectively read-out frequency multiplexed photonic qubits within an inhomogeneously broadened optical transition. However, the conventional non-adiabatic nature of the rephasing pulses requires intense, short-duration pulses, impeding their fidelity and multimode capacity. To address these critical limitations, we introduce an alternate protocol that employs Rapid Adiabatic Passage (RAP) rephasing pulses, to realize quantum memory, which invokes phase-imprints to suppress undesirable echoes. Using the optical transitions of a $^{171}{\rm Yb}^{3+}$:${\rm Y}_2{\rm SiO}_5$ crystal, we demonstrate the storage and retrieval of multiple intricate spectro-temporally photonic modes and achieve optical random access memory across eight distinct spectral modes. This protocol yields greatly enhanced mode-mapping versatility while substantially lowering the required rephasing pulse intensity, providing a more efficient and reliable approach for high-fidelity qubit storage and retrieval.
- Abstract（参考訳）: 複数の量子ビットを同時に保存し、その後にランダムに選択された量子ビットのサブセットをリコールできるフォトニック量子メモリは、大規模量子ネットワークとコンピューティングにとって不可欠である。
このような機能は、従来のRandom-Access Memory (RAM)と同様、汎用的なランダムアクセス機構が無く、既存の量子メモリプロトコルのマルチモード容量が制限されているため、実装が困難であることが証明されている。
RAMと量子アナログを開発するための潜在的経路は、レアアースイオンドープ材料であるRevival Of Silenced Echoのような光子エチョプロトコルによって提供される。
これらは光強調パルスを利用して、不均一に拡張された光遷移の中で、選択的に周波数多重フォトニック量子ビットを読み取ることができる。
しかし、従来の非断熱パルスの非断熱特性は、強い短パルスを必要とするため、その忠実度と多重モード容量を阻害する。
これらの限界に対処するため,Rapid Adiabatic Passage (RAP) を用いた代替プロトコルを導入し,位相インプリントを起動して望ましくないエコーを抑制する量子メモリを実現する。
我々は、$^{171}{\rm Yb}^{3+}$:${\rm Y}_2{\rm SiO}_5$クリスタルの光遷移を利用して、複数の複雑な分光時間フォトニックモードの記憶と検索を実証し、8つの異なるスペクトルモードで光ランダムアクセスメモリを実現する。
このプロトコルは、要求されるパルス強度を大幅に低下させながら、モードマッピングの汎用性を大幅に向上させ、高忠実度量子ビットストレージと検索のためのより効率的で信頼性の高いアプローチを提供する。
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