論文の概要: Efficient Entanglement Swapping in High-Dimensions with only Linear Optics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.02817v2
• Date: Fri, 17 Oct 2025 14:24:26 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-20 13:49:08.699183
• Title: Efficient Entanglement Swapping in High-Dimensions with only Linear Optics
• Title（参考訳）: 線形光学のみを有する高次元の効率的な絡み合いスワップ
• Authors: Baghdasar Baghdasaryan, Kaushik Joarder, Fabian Steinlechner,
• Abstract要約: エンタングルメントスワッピングは、第1世代の量子リピータを実現するためのビルディングブロックである。 本稿では,アシラリー光子を用いたHDエンタングルメントスワップのための効率的な線形光学プロトコルを提案する。 偏光および時間ビンDOFにおける超絡み合いを用いた実験設計について述べる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Entanglement swapping is a fundamental building block for realizing first-generation quantum repeaters, which are essential for building global quantum networks. Current quantum repeater systems still struggle to achieve practical communication rates. High-dimensional (HD) encoding can significantly improve repeater efficiency by boosting information capacity and enhancing noise tolerance and security. However, the experimental demonstration of this protocol so far has been limited only to two-dimensional systems due to the requirement of strong nonlinear interactions. Here, we introduce an efficient linear-optics protocol for HD entanglement swapping that uses ancillary photons and is compatible with arbitrary photonic degrees of freedom (DOFs). We further show that photon-number-resolving detectors substantially enhance the performance of the setup and become especially valuable for dimensions beyond six. For a four-dimensional scenario, we present an experimental design using hyper-entanglement in polarization and time-bin DOFs. This setup resolves the most challenging part of the ancillary photons-based approach, namely the necessary preparation of the ancilla state and analysis of the resulting swapped state.
• Abstract（参考訳）: エンタングルメントスワッピングは、グローバル量子ネットワーク構築に不可欠な第1世代の量子リピータを実現するための基本的な構成要素である。 現在の量子リピータシステムは、実用的な通信速度を達成するのに依然として苦労している。 高次元(HD)符号化は、情報容量を高め、耐雑音性とセキュリティを高めることで、リピータ効率を著しく向上させることができる。 しかし、このプロトコルの実験的な実証は、強い非線形相互作用を必要とするため、2次元システムに限られている。 本稿では、補助光子を用いたHDエンタングルメントスワップのための効率的な線形光学プロトコルを導入し、任意のフォトニック自由度(DOF)に適合する。 さらに、光子数分解検出器はセットアップの性能を大幅に向上させ、6次元以上では特に有用であることを示す。 4次元のシナリオでは、極性化における超絡み合いと時間ビンDOFを用いた実験設計を提案する。 このセットアップは、アシリー光子に基づくアプローチの最も困難な部分、すなわち、アシラ状態の必要な準備と、結果として得られるスワップ状態の分析を解決する。

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