論文の概要: Cold atomic ensembles as quantum antennas for distributed networks of single-atom arrays
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.08439v1
- Date: Mon, 11 Aug 2025 19:55:53 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-13 21:07:34.220282
- Title: Cold atomic ensembles as quantum antennas for distributed networks of single-atom arrays
- Title（参考訳）: 単一原子配列の分散ネットワークのための量子アンテナとしてのコールド原子アンサンブル
- Authors: Xiaoshui Lin, Yefeng Mei, Chuanwei Zhang,
- Abstract要約: 光ツイーザーアレイ内の単一中性原子は、局所ノードにおける高忠実性量子コンピューティングのための有望なプラットフォームを提供する。
コールド原子アンサンブルが量子アンテナとして機能する分散量子ネットワークアーキテクチャを設計する。
局所的な演算に単一原子量子ビットの相補的な強度、ネットワークにコールド原子アンサンブルを活用することで、このアプローチはスケーラブルな分散量子コンピューティングとセンシングの道を開く。
- 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: Single neutral atoms in optical tweezer arrays offer a promising platform for high-fidelity quantum computing at local nodes. Nonetheless, creating entanglement between remote nodes in a distributed quantum network remains challenging due to inherently weak atom-light coupling. Here, we design a distributed quantum network architecture in which cold atomic ensembles with strong atom-light interactions act as quantum antennas, interfacing single-atom qubits with flying photons to enable high-efficiency atom-photon entanglement generation -- analogous to the role of antennas in classical communication. Using realistic experimental parameters, we estimate an efficiency of $\eta \simeq 0.548$ for generating atom-photon entanglement, a probability of $P_{E} \simeq 6 \%$ for generating atom-atom entanglement, and a remote entanglement generation rate of $16.6 $ kHz. This performance not only surpasses that of state-of-the-art cavity-based or high-numerical-aperture-lens-based architectures but also offers notable advantages in simplicity, tunability, and experimental accessibility. Our scheme also integrates a long-lived quantum memory, providing a storage advantage for quantum repeater design. By leveraging the complementary strengths of single-atom qubits for local operations and cold atomic ensembles for networking, this approach paves the way for scalable distributed quantum computing and sensing.
- Abstract（参考訳）: 光ツイーザーアレイ内の単一中性原子は、局所ノードにおける高忠実性量子コンピューティングのための有望なプラットフォームを提供する。
それでも、分散量子ネットワークにおけるリモートノード間の絡み合いは、本質的に弱い原子-光の結合のため、依然として困難である。
ここでは,原子-光相互作用の強いコールド原子アンサンブルが量子アンテナとして作用する分散量子ネットワークアーキテクチャを設計し,単一原子量子ビットとフライング光子との対面により,高効率原子-光子エンタングルメント生成を可能にする。
現実的な実験パラメータを用いて、原子-光子絡み発生の効率を$\eta \simeq 0.548$、原子-光子絡み発生の確率を$P_{E} \simeq 6 \%$、遠方絡み発生の速度を$16.6$kHzと見積もる。
この性能は、最先端のキャビティベースや高開口レンズベースのアーキテクチャを上回るだけでなく、単純さ、チューニング性、そして実験的アクセシビリティにおいて顕著なアドバンテージを提供する。
また、長寿命の量子メモリを統合し、量子リピータ設計のストレージ長所を提供する。
局所的な演算に単一原子量子ビットの相補的な強度、ネットワークにコールド原子アンサンブルを活用することで、このアプローチはスケーラブルな分散量子コンピューティングとセンシングの道を開く。
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