論文の概要: Passive Quantum Interconnects: High-Fidelity Quantum Networking at Higher Rates and Less Overhead

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.01229v1
• Date: Tue, 01 Jul 2025 22:59:55 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-03 14:22:59.955244
• Title: Passive Quantum Interconnects: High-Fidelity Quantum Networking at Higher Rates and Less Overhead
• Title（参考訳）: パッシブ量子インターコネクション:高密度量子ネットワークの高速化とオーバヘッドの低減
• Authors: Seigo Kikura, Kazufumi Tanji, Akihisa Goban, Shinichi Sunami,
• Abstract要約: キャビティアシスト光子散乱(CAPS)は、光子放射と2光子干渉に基づく、一般的に使用されるアクティブなプロトコルの魅力的な代替手段である。 クロストークを抑えることで、効率的な時間多重演算が可能であり、高速な絡み合い生成が可能であることを示す。 本研究は,CAPSベースのネットワークプロトコルを,量子情報プラットフォームをスケーリングする主要な候補として確立した。
• 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: High-fidelity, high-rate quantum interconnect is a fundamental building block of scalable quantum technologies. The cavity-assisted photon scattering (CAPS) approach is an attractive alternative to commonly used active protocols based on photon emission and two-photon interference: it offers higher success probability and greater intrinsic robustness to imperfections, while remaining a passive operation that does not require complex atom excitation sequences or intermodule synchronization. Despite these advantages, CAPS has not been a primary choice for quantum interconnect protocols since the estimated fidelity and the rate of CAPS-based networking have been severely limited in existing protocols and analysis frameworks. In this work, we eliminate these limitations by protocol improvements aided by a thorough analysis of the atom-cavity dynamics, to demonstrate that existing or near-term optical cavity qualities are sufficient for achieving a fidelity of 0.999 with short optical pulses required for high-rate networking. We show that efficient time-multiplexed operation is possible with suppressed crosstalk, enabling high-rate entanglement generation. We also propose a hybrid network configuration leveraging both photon emission and CAPS gates, eliminating the need for external photon sources while maintaining performance and robustness. As a concrete example, with 200 ${}^{171}$Yb atoms coupled to a cavity with internal cooperativity 100, atom-atom entanglement generation rate of $4 \times 10^5~\mathrm{s}^{-1}$ is estimated at a fidelity of 0.999, with further speedup beyond $10^6~\mathrm{s}^{-1}$ anticipated by the use of multiple wavelength channels. Our results establish the CAPS-based network protocol as a leading candidate for scaling quantum information platforms.
• Abstract（参考訳）: 高忠実で高レートの量子相互接続は、スケーラブルな量子技術の基本的な構成要素である。 キャビティアシスト光子散乱(CAPS)アプローチは、光子放射と2光子干渉に基づく一般的に用いられるアクティブなプロトコルの魅力的な代替であり、複雑な原子の励起配列やモジュール間同期を必要としない受動的操作を維持しながら、より高い成功確率と不完全性に対する本質的な堅牢性を提供する。 これらの利点にもかかわらず、CAPSは、推定忠実度とCAPSベースのネットワークの速度が既存のプロトコルや分析フレームワークで著しく制限されているため、量子相互接続プロトコルの主要な選択肢ではなかった。 本研究では,原子キャビティダイナミクスの徹底的な解析によるプロトコル改良により,これらの制限を排除し,高速ネットワークに必要な短い光パルスで0.999の忠実度を達成するのに,既存または短期の光学キャビティ品質が十分であることを示す。 クロストークを抑えることで、効率的な時間多重演算が可能であり、高速な絡み合い生成が可能であることを示す。 また,光子放出とCAPSゲートの両面を利用したハイブリッドネットワーク構成を提案する。 具体例として、200${}^{171}$Yb原子が内部協力性100の空洞に結合している場合、原子-原子の絡み合い生成速度は4 \times 10^5~\mathrm{s}^{-1}$が0.999で、さらに10^6〜\mathrm{s}^{-1}を超えるスピードアップが予想される。 本研究は,CAPSベースのネットワークプロトコルを,量子情報プラットフォームをスケーリングする主要な候補として確立した。

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