論文の概要: Optimal filtering and generation of entangled photons for quantum applications in the presence of noise

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.06536v1
• Date: Wed, 08 Oct 2025 00:21:43 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-09 16:41:20.240548
• Title: Optimal filtering and generation of entangled photons for quantum applications in the presence of noise
• Title（参考訳）: ノイズ存在下での量子応用のための最適フィルタリングと絡み合った光子の生成
• Authors: Jordan M. Thomas, Andrew R. Cameron, Akil Pathiranage, Si Xie, Raju Valivarthi, Panagiotis Spentzouris, Maria Spiropulu, Cristián Peña, Prem Kumar,
• Abstract要約: 絡み合いと干渉に基づく多光子アプリケーションのフィルタリングについて検討する。 我々はエルビウムイオン量子メモリと互換性のある波長の光子を共役する。 ノイズの影響を改善することと単一モードの純度との間にはトレードオフがある。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.8186476542367552
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Filtering is commonly used in quantum optics to reject noise photons, and also to enable interference between independent photons. However, filtering the joint spectrum of photon pairs can reduce the inherent coincidence probability or loss-independent heralding efficiency. Here, we investigate filtering for multiphoton applications based on entanglement and interference (e.g., quantum teleportation). We multiplex C-band entangled photons and C-band classical communications into the same long-distance fibers, which enables scalable low-loss quantum networking but requires filtering of spontaneous Raman scattering noise from classical light. Using tunable-bandwidth filters, low-jitter detectors, and polarization filters, we co-propagate time-bin-entangled photons at wavelengths compatible with erbium-ion quantum memories (1536.5 nm) and 10-Gbps C-band classical data over 25 km/25 km of standard fiber. Narrow filtering enables mW-level C-band power, which exceeds comparable studies by roughly an order of magnitude and could feasibly support Tbps classical rates. We evaluate how performance depends on pump and filter bandwidths, multipair emission, filter shapes, loss, phase matching, and how quantum information is measured. We find a trade-off between improving noise impact and single-mode purity and discuss mitigation methods toward optimal multiphoton applications. Importantly, these results apply to noise in free space and in quantum devices (sources, frequency converters, switches, detectors, etc.) and provide insight on filter-induced degradation of single-photon purity and rates even in noise-free environments.
• Abstract（参考訳）: フィルタは、ノイズ光子を拒絶したり、独立した光子間の干渉を可能にするために、量子光学において一般的に用いられる。 しかし、光子対の結合スペクトルをフィルタリングすると、固有の偶然確率や損失非依存の発散効率が低下する。 本稿では、絡み合いと干渉(量子テレポーテーションなど)に基づく多光子アプリケーションに対するフィルタリングについて検討する。 我々は、Cバンドの絡み合った光子とCバンドの古典的通信を同じ長距離ファイバに多重化することで、スケーラブルな低損失量子ネットワークを実現するが、古典的な光から自発的にラマン散乱ノイズをフィルタリングする必要がある。 可変帯域幅フィルタ、低ジッタ検出器、偏光フィルタを用いて、エルビウムイオン量子メモリ(1536.5nm)と10GbpsのCバンドの古典的データを25km/25kmの標準ファイバー上で共伝搬する。 ナローフィルタリングにより、mWレベルのCバンドのパワーが実現され、これはほぼ1桁の規模で、Tbpsの古典的なレートをサポートすることができる。 我々は,ポンプとフィルタの帯域幅,マルチペアエミッション,フィルタ形状,損失,位相マッチング,および量子情報の計測方法に依存する性能を評価する。 ノイズ影響の改善と単一モード純度とのトレードオフを見つけ,最適多光子アプリケーションに向けた緩和法について議論する。 これらの結果は、自由空間や量子デバイス(ソース、周波数変換器、スイッチ、検出器など)のノイズに適用され、ノイズのない環境においても、単一光子純度とレートのフィルタ誘起劣化に関する洞察を提供する。

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