論文の概要: Integrated high-fidelity preparation and analysis of photonic two-qubit states for quantum network nodes

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.15312v1
• Date: Thu, 18 Sep 2025 18:00:47 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-22 18:18:10.856479
• Title: Integrated high-fidelity preparation and analysis of photonic two-qubit states for quantum network nodes
• Title（参考訳）: 量子ネットワークノード用フォトニック2量子状態の集積高忠実化と解析
• Authors: Jonas C. J. Zatsch, Tim Engling, Jeldrik Huster, Louis L. Hohmann, Shreya Kumar, Stefanie Barz,
• Abstract要約: 統合フォトニクスは量子ネットワークノードのための有望なプラットフォームである。 双方向動作が可能なシリコンオン絶縁体集積フォトニックチップを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.04104921880358479
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The realisation of quantum networks requires local quantum information processing at the network nodes and highly efficient transmission of quantum information across the network. Integrated photonics, based on silicon-on-insulator, is a promising platform for quantum network nodes, as it supports low-loss propagation of telecom wavelength photons, making it compatible with existing optical fibre networks. Here, we present a silicon-on-insulator integrated photonic chip, capable of bidirectional operation, enabling the preparation of arbitrary single- and two-qubit states, and performing full quantum state tomography on up to two qubits. Using our chip, we obtain preparation fidelities above 97% for on-chip prepared Bell states coupled into optical fibres. Furthermore, we demonstrate that we can distribute entanglement between network nodes by preparing a two-qubit cluster state on the first node and performing full quantum state tomography on the second node, achieving a fidelity of 90.0(16)%. This result proves that our approach allows the distribution of entanglement from one chip to another. The potential of bidirectional operation makes our circuit a versatile node in telecom quantum networks, both functioning as a sender and receiver unit, a key element for the deployment of fully photonic multi-purpose quantum networks.
• Abstract（参考訳）: 量子ネットワークの実現には、ネットワークノードにおける局所的な量子情報処理と、ネットワーク全体の量子情報の高度に効率的な伝送が必要である。 集積フォトニクスは、シリコンオン絶縁体をベースとして、既存の光ファイバーネットワークと互換性のある、テレコム波長光子の低損失伝播をサポートするため、量子ネットワークノードにとって有望なプラットフォームである。 本稿では、シリコンオン絶縁体集積フォトニックチップについて、双方向動作が可能で、任意の単一および2量子状態の調製が可能であり、最大2量子ビットでの完全な量子状態トモグラフィーを行う。 チップを用いて,光ファイバーに結合したオーバーチップベル状態に対して,97%以上の調製特性を得た。 さらに,第1ノード上で2ビットのクラスタ状態を作成し,第2ノード上で全量子状態トモグラフィを行い,90.0(16)%の忠実度を達成することにより,ネットワークノード間の絡み合いを分散できることを実証した。 この結果から,本手法では,あるチップから別のチップへの絡み合いの分布が可能であることが証明された。 双方向動作の可能性により、我々の回路はテレコム量子ネットワークにおいて汎用ノードとなり、送信機と受信機の両方として機能し、完全にフォトニックな多目的量子ネットワークを展開するための鍵となる要素である。

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