論文の概要: Time-resolved certification of frequency-bin entanglement over multi-mode channels
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.10200v1
- Date: Wed, 13 Aug 2025 21:23:15 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-15 22:24:48.122536
- Title: Time-resolved certification of frequency-bin entanglement over multi-mode channels
- Title（参考訳）: マルチモードチャネル上での周波数ビン絡みの時間分解認証
- Authors: Stéphane Vinet, Marco Clementi, Marcello Bacchi, Yujie Zhang, Massimo Giacomin, Luke Neal, Paolo Villoresi, Matteo Galli, Daniele Bajoni, Thomas Jennewein,
- Abstract要約: 本稿では,線形干渉法と時間分解検出を用いた周波数符号化光子処理技術について述べる。
我々のアプローチは、完全に受動的で、空間的に多重モードの光と互換性があり、自由空間や衛星の地上利用に適している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.294351046799606
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Frequency-bin entangled photons can be efficiently produced on-chip which offers a scalable, robust and low-footprint platform for quantum communication, particularly well-suited for resource-constrained settings such as mobile or satellite-based systems. However, analyzing such entangled states typically requires active and lossy components, limiting scalability and multi-mode compatibility. We demonstrate a novel technique for processing frequency-encoded photons using linear interferometry and time-resolved detection. Our approach is fully passive and compatible with spatially multi-mode light, making it suitable for free-space and satellite to ground applications. As a proof-of-concept, we utilize frequency-bin entangled photons generated from a high-brightness multi-resonator source integrated on-chip to show the ability to perform arbitrary projective measurements over both single- and multi-mode channels. We report the first measurement of the joint temporal intensity between frequency-bin entangled photons, which allows us to certify entanglement by violating the Clauser-Horne-Shimony-Holt (CHSH) inequality, with a measured value of $|S|=2.32\pm0.05$ over multi-mode fiber. By combining time-resolved detection with energy-correlation measurements, we perform full quantum state tomography, yielding a state fidelity of up to $91\%$. We further assess our ability to produce non-classical states via a violation of time-energy entropic uncertainty relations and investigate the feasibility of a quantum key distribution protocol. Our work establishes a resource-efficient and scalable approach toward the deployment of robust frequency-bin entanglement over free-space and satellite-based links.
- Abstract（参考訳）: 周波数ビンの絡み合った光子は、量子通信のためのスケーラブルで堅牢で低フットプリントのプラットフォームを提供するオンチップで効率的に生産することができる。
しかし、そのような絡み合った状態を分析するには、通常、アクティブでロッキーなコンポーネントを必要とし、スケーラビリティとマルチモード互換性を制限します。
本稿では,線形干渉法と時間分解検出を用いた周波数符号化光子処理手法を提案する。
我々のアプローチは、完全に受動的で、空間的に多重モードの光と互換性があり、自由空間や衛星の地上利用に適している。
概念実証として,オンチップに統合された高輝度マルチ共振器源から発生した周波数ビン絡み合った光子を用いて,単一モードとマルチモードの両方のチャネル上で任意の射影測定を行う能力を示す。
周波数双絡光子間の結合時間強度を初めて測定し,多モードファイバ上での測定値が|S|=2.32\pm0.05$で,Claus-Horne-Shimony-Holt(CHSH)不等式に違反して絡み合うことを証明した。
時間分解検出とエネルギー相関測定を組み合わせることで、完全な量子状態トモグラフィーを行い、最大911\%の忠実度を得る。
さらに、時間エネルギーエントロピーの不確実性関係を破り、古典的でない状態を生成する能力を評価し、量子鍵分布プロトコルの実現可能性について検討する。
我々の研究は、自由空間および衛星ベースリンク上のロバストな周波数ビン絡み合いの展開に向けて、資源効率が高くスケーラブルなアプローチを確立している。
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