論文の概要: Minute-Scale Photonic Quantum Memory
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.12537v1
- Date: Sun, 16 Nov 2025 10:12:20 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-11-18 14:36:24.302187
- Title: Minute-Scale Photonic Quantum Memory
- Title（参考訳）: 微小スケールフォトニック量子メモリ
- Authors: You-Cai Lv, Yu-Jia Zhu, Zong-Quan Zhou, Chuan-Feng Li, Guang-Can Guo,
- Abstract要約: 単一光子の長期保存は、量子通信を可能にするための基本的な要件である。
我々は、フォトニックストレージの自然な吸収をフル活用するノイズレス光子エコープロトコルを導入する。
記憶時間5.6秒で88.0$pm$21%のタイムビン量子ビットストレージ容量を実現し、古典的戦略によって達成可能な最大容量を超える。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.2251486478020075
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Long-lived storage of single photons is a fundamental requirement for enabling quantum communication and foundational tests of quantum physics over extended distances. While the implementation of a global-scale quantum network requires quantum storage times on the order of seconds to minutes, existing photonic quantum memories have so far been limited to subsecond lifetimes. Although $^{151}$Eu$^{3+}$:Y$_2$SiO$_5$ crystals exhibit substantially extended spin coherence times at the `magic' magnetic field, the concomitant weak optical absorption has until now prevented single-photon storage. Here, we overcome this challenge by integrating a noiseless photon echo protocol -- which makes full use of the crystal's natural absorption for photonic storage -- with a universally robust dynamical decoupling sequence incorporating adiabatic pulses to protect nuclear spin coherence, enabling long-lived quantum storage at the `magic' magnetic field. At a storage time of 5.6 s, we achieve a time-bin qubit storage fidelity of 88.0 $\pm$ 2.1%, surpassing the maximum fidelity attainable via classical strategies. Our device reaches a $1/e$ storage lifetime of 27.6 $\pm$ 0.6 s, enabling single-photon-level storage for 42 s with a signal-to-noise ratio greater than unity. This work establishes photonic quantum memory in the minute-scale regime, laying a solid foundation for global-scale quantum network and deep-space quantum experiments.
- Abstract（参考訳）: 単一光子の長期保存は、量子通信を可能にするための基本的な要件であり、距離を延ばす量子物理学の基礎的なテストである。
グローバルスケールの量子ネットワークの実装には秒から数分の順序で量子ストレージ時間が必要であるが、既存のフォトニック量子メモリはこれまでのところ、秒以下の寿命に制限されている。
151}$Eu$^{3+}$:Y$_2$SiO$_5$の結晶は「磁性」磁場でスピンコヒーレンス時間を大幅に延長するが、現在では光吸収が弱いため、単一光子の貯蔵が禁止されている。
ここでは、光子保存に自然吸収をフルに利用するノイズレス光子エコープロトコルと、核スピンのコヒーレンスを保護するために断熱パルスを組み込んだ普遍的に堅牢な動的デカップリングシーケンスを統合することで、長寿命の量子記憶を「魔法の」磁場で可能にすることで、この課題を克服する。
記憶時間5.6秒で88.0ドル\pm$2.1%のタイムビン量子ビットストレージ容量を実現し、古典的な戦略によって達成可能な最大容量を超える。
私たちのデバイスは、27.6ドル\pm$ 0.6 sのストレージ寿命が1/eドルに達し、単一光子レベルのストレージを42 sで実現し、信号対雑音比はユニティよりも大きい。
この研究は、微細な状態においてフォトニック量子メモリを確立し、グローバルスケールの量子ネットワークとディープスペースの量子実験の基盤を築いた。
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