論文の概要: SQuaD: Smart Quantum Detection for Photon Recognition and Dark Count Elimination

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.24383v2
• Date: Wed, 08 Oct 2025 15:07:20 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-09 14:21:18.166004
• Title: SQuaD: Smart Quantum Detection for Photon Recognition and Dark Count Elimination
• Title（参考訳）: SQuaD:光子認識と暗カウント除去のためのスマート量子検出
• Authors: Karl C. Linne, Sho Uemura, Yue Ji, Andrew Karmen, Allen Zang, Martin Di Federico, Orlando Quaranta, Gustavo Cancelo, Tian Zhong,
• Abstract要約: SQuaDは、高タイミング分解能データ取得、マルチスケールデータ分析、インテリジェントな特徴認識と抽出を備えた完全に統合された量子システムである。 我々は、SQuaDを原子(エルビウムイオン)光子源に展開し、通信帯域におけるスピン量子ビットのノイズフリー制御と読み出しを実現する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.8525004953450028
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum detectors of single photons are an essential component for quantum information processing across computing, communication and networking. Today's quantum detection system, which consists of single photon detectors, timing electronics, control and data processing software, is primarily used for counting the number of single photon detection events. However, it is largely incapable of extracting other rich physical characteristics of the detected photons, such as their wavelengths, polarization states, photon numbers, or temporal waveforms. This work, for the first time, demonstrates a smart quantum detection system, SQuaD, which integrates a field programmable gate array (FPGA) with a neural network model, and is designed to recognize the features of photons and to eliminate detector dark-count. The SQuaD is a fully integrated quantum system with high timing-resolution data acquisition, onboard multi-scale data analysis, intelligent feature recognition and extraction, and feedback-driven system control. Our \name experimentally demonstrates 1) reliable photon counting on par with the state-of-the art commercial systems; 2) high-throughput data processing for each individual detection events; 3) efficient dark count recognition and elimination; 4) up to 100\% accurate feature recognition of photon wavelength and polarization. Additionally, we deploy the SQuaD to an atomic (erbium ion) photon emitter source to realize noise-free control and readout of a spin qubit in the telecom band, enabling critical advances in quantum networks and distributed quantum information processing.
• Abstract（参考訳）: 単一光子の量子検出器は、計算、通信、ネットワークにまたがる量子情報処理に不可欠なコンポーネントである。 今日の量子検出システムは、単一光子検出器、タイミングエレクトロニクス、制御およびデータ処理ソフトウェアで構成され、主に単一の光子検出イベントの数をカウントするために使用される。 しかし、検出された光子の波長、偏光状態、光子数、時間波形など、他のリッチな物理的特性を抽出することはほとんど不可能である。 この研究は、初めて、ニューラルネットワークモデルにフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)を統合するスマート量子検出システムSQuaDを実証した。 SQuaDは、高タイミング分解能データ取得、マルチスケールデータ分析、インテリジェントな特徴認識と抽出、フィードバック駆動システム制御を備えた、完全に統合された量子システムである。 私たちの名前は実験的に証明される 1) 最先端の商業システムに匹敵する信頼性の高い光子計数 2 個別検出イベント毎の高スループットデータ処理 3) 効率的な暗カウント認識及び排除 4)光子波長と偏光の正確な特徴認識は最大100\%であった。 さらに、SQuaDを原子(エルビウムイオン)光子源に展開し、通信帯域におけるスピン量子ビットのノイズフリー制御と読み出しを実現し、量子ネットワークおよび分散量子情報処理における重要な進歩を可能にする。

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