論文の概要: Entanglement Preservation and Clauser-Horne Nonlocality in Electromagnetically Induced Transparency Quantum Memories

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.15453v2
• Date: Wed, 20 Aug 2025 12:40:35 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-21 14:45:44.83733
• Title: Entanglement Preservation and Clauser-Horne Nonlocality in Electromagnetically Induced Transparency Quantum Memories
• Title（参考訳）: 電磁誘導透過量子メモリにおけるエンタングルメント保存とクレーターホール非局在性
• Authors: Po-Han Tseng, Yong-Fan Chen,
• Abstract要約: 電磁誘導透過(EIT)量子メモリは、絡み合った光子を記憶することができる。 この研究は長年の理論的ギャップを橋渡しし、スケーラブルな量子ネットワークと量子情報処理にEITメモリを応用するための基盤となる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum memories are indispensable for quantum repeater networks, deterministic generation of single- or multi-photon states, and linear optical quantum computing. Although experiments have demonstrated that electromagnetically induced transparency (EIT) quantum memories can store entangled photons, a definitive theoretical framework verifying the preservation of entanglement and nonlocality has not been rigorously established. Here, we develop a comprehensive model by integrating the dark-state polariton framework with reduced-density-operator theory to derive the retrieved density operator under realistic ground-state decoherence conditions. Our analysis reveals that decoherence inevitably causes probe photon loss, converting a Bell state into a mixed state. Crucially, we predict a critical storage efficiency threshold of 89.7%. Only when this threshold is exceeded does the retrieved probe photon state violate the Clauser-Horne inequality, thereby preserving nonlocality; below this point, nonlocal correlations vanish. Moreover, our theory shows that multiple spatially separated EIT memories can cooperatively store and retrieve N-qubit entangled states encoded in photon number, path, and polarization with near-unity fidelity in the ideal limit. This work bridges a long-standing theoretical gap and lays a solid foundation for the application of EIT memories in scalable quantum networks and quantum information processing.
• Abstract（参考訳）: 量子メモリは、量子リピータネットワーク、単一または多光子状態の決定論的生成、線形光量子コンピューティングにとって不可欠である。 電磁誘導透過性(EIT)量子メモリは絡み合った光子を格納できることが実験で実証されているが、絡み合いと非局所性の保存を検証する決定的な理論的枠組みは厳密に確立されていない。 そこで我々は,暗状態偏光子フレームワークと低密度演算子理論を統合することで,現実的な基底状態デコヒーレンス条件下で得られた密度演算子を導出する包括的モデルを構築した。 分析の結果, 脱コヒーレンスによりプローブ光子損失が生じず, ベル状態が混合状態になることがわかった。 臨界記憶効率の閾値は89.7%である。 このしきい値を超えたときのみ、回収されたプローブ光子状態はクレーター-ホルン不等式に反し、非局所性を保つ。 さらに,複数空間分離したEITメモリは,光子数,経路,偏光に符号化されたN-qubitの絡み合った状態を,理想的極限においてほぼ一様の忠実度で保存・取得できることを示す。 この研究は長年の理論的ギャップを橋渡しし、スケーラブルな量子ネットワークと量子情報処理にEITメモリを応用するための基盤となる。

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