論文の概要: Single-shot high-resolution spectroscopy of single-photon-level optical pulses using a virtually imaged phased-array and single-photon avalanche diode array

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.16108v2
• Date: Mon, 23 Jun 2025 02:08:47 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-24 12:48:19.144873
• Title: Single-shot high-resolution spectroscopy of single-photon-level optical pulses using a virtually imaged phased-array and single-photon avalanche diode array
• Title（参考訳）: 仮想撮像位相アレイと単光子アバランシェダイオードアレイを用いた単一光子レベル光パルスのシングルショット高分解能分光
• Authors: Yuki Nagoro, Hidehito Sato, Hiroyuki Tezuka, Tomoyuki Horikiri,
• Abstract要約: 単一光子レベルにおける単発高分解能分光は、有望な測定技術として現れている。 本稿では,高分解能周波数-空間モードマッピングを統合した単一ショット高分解能単一光子分光システムを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Single-shot high-resolution spectroscopy at the single-photon-level has emerged as a promising measurement technique, enabling novel observations and evaluations that were previously challenging. This technology is particularly effective for spectroscopic applications aimed at realizing frequency-multiplexed quantum repeaters. In this study, we propose a single-shot high-resolution single-photon spectroscopy system that integrates high-resolution frequency-to-spatial mode mapping using a virtually imaged phased-array (VIPA) and high-precision spatial mode detection using a single-photon avalanche diode (SPAD) array. We experimentally demonstrated the principle of this system using weak coherent pulses with a frequency mode interval of 120 MHz. This interval closely matches the minimum frequency mode spacing of the atomic frequency comb quantum memory with the Pr$^{3+}$-ion-doped Y$_2$SiO$_5$ crystal. By applying the proposed system, we expect to maximize the multiplexing capability of frequency-multiplexed quantum repeater schemes utilizing such quantum memories.
• Abstract（参考訳）: 単一光子レベルの単一ショット高分解能分光は、これまで難しかった新しい観測と評価を可能にする、有望な測定技術として登場した。 この技術は、周波数多重量子リピータの実現を目的とした分光学的応用に特に有効である。 本研究では,仮想位相アレー(VIPA)を用いた高分解能周波数-空間モードマッピングと,単一光子アバランシェダイオード(SPAD)アレイを用いた高精度空間モード検出を統合した単一ショット高分解能単一光子分光システムを提案する。 周波数モード間隔120MHzの弱いコヒーレントパルスを用いて,本システムの原理を実験的に実証した。 この間隔は、原子周波数コム量子メモリの最小周波数モード間隔とPr$^{3+}$-イオンドープY$_2$SiO$_5$結晶とを密接に一致させる。 提案システムを適用することで、そのような量子メモリを利用した周波数多重化量子リピータ方式の多重化能力を最大化することを期待している。

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