論文の概要: Hybrid Quantum Repeater Chains with Semiconductor Quantum Dots and Group-IV-Vacancy Color Centers in Diamond
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.02472v1
- Date: Tue, 04 Nov 2025 10:58:57 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-11-05 18:47:05.961149
- Title: Hybrid Quantum Repeater Chains with Semiconductor Quantum Dots and Group-IV-Vacancy Color Centers in Diamond
- Title（参考訳）: ダイヤモンド中の半導体量子ドットとグループIV-Vacancy色中心を有するハイブリッド量子リピータ鎖
- Authors: Yannick Strocka, Fenglei Gu, Gregor Pieplow, Johannes Borregaard, Tim schröder,
- Abstract要約: 本稿では、2つの主要なハードウェアプラットフォームを組み合わせたハイブリッド量子リピータアーキテクチャの提案と解析を行う。
鍵となる課題は、QD光子とメモリの狭い光遷移の間の大きな帯域幅ミスマッチである。
複数のリピータノードにまたがる数千のメモリを持つネットワークは、1000kmを超える秘密鍵レート500bit/sを達成することができる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We propose and analyze a hybrid quantum repeater architecture that combines two leading hardware platforms: quantum dots (QDs) as bright, deterministic sources of entangled photon pairs and group-IV-vacancy centers in diamond as efficient, heralded quantum memories. This combination leverages high-rate entanglement generation together with long-lived storage, enabling scalable entanglement distribution over long distances. A key challenge is the large bandwidth mismatch between QD photons and the narrow optical transitions of the memories. We combine a comprehensive model of the spin-photon interface, including full spin-photon coupling dynamics, and explore mitigation strategies such as frequency filtering and optimized magnetic-field orientation. Our results show that with optimized designs, photon-to-memory transfer can be achieved with high efficiency and fidelity, supporting the feasibility of such hybrid systems. Finally, we analyze a full repeater chain using experimentally achievable parameters and find that a network with thousands of memories across several repeater nodes could achieve a secret-key rate of 500 bit/s over 1,000 km, demonstrating the strong potential of this approach for next-generation quantum networks.
- Abstract（参考訳）: 量子ドット(QD)を光子対の明るい決定論的源とし、ダイヤモンド中のグループ-IV空孔中心を効率よく、重畳した量子メモリとする2つの主要なハードウェアプラットフォームを組み合わせたハイブリッド量子リピータアーキテクチャを提案し、解析する。
この組み合わせは、高速な絡み合い生成と長寿命ストレージを活用し、長距離にわたるスケーラブルな絡み合い分布を可能にする。
鍵となる課題は、QD光子とメモリの狭い光遷移の間の大きな帯域幅ミスマッチである。
我々は、全スピン光子結合力学を含むスピン光子界面の包括的モデルを組み合わせるとともに、周波数フィルタリングや磁場配向の最適化といった緩和戦略を探求する。
この結果から, 最適化設計により, 光子間転送を高効率かつ忠実に実現でき, ハイブリッドシステムの実現可能性も向上できることが示唆された。
最後に、実験的に達成可能なパラメータを用いてフルリピータチェーンを分析し、複数のリピータノードにまたがる数千のメモリを持つネットワークが1000km以上のシークレットキーレートを達成できることを発見し、次世代量子ネットワークに対するこのアプローチの強い可能性を示す。
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