論文の概要: Spin-photon Qubits for Scalable Quantum Network

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.06285v1
• Date: Sat, 06 Dec 2025 04:28:26 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-09 22:03:54.284529
• Title: Spin-photon Qubits for Scalable Quantum Network
• Title（参考訳）: スケーラブル量子ネットワークのためのスピン光子量子ビット
• Authors: Md Sakibul Islam, Kuldeep Singh, Yunhe Zhao, Nitesh Singh, Wayesh Qarony,
• Abstract要約: 1260-1675nm帯で動作する通信帯域のスピンフォトニック量子ビットは、長距離量子通信に適している。 本研究では,固体プラットフォームにおける最先端スピンフォトニック量子ビットについて検討する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.0468578135771764
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Solid-state quantum light sources offer a scalable pathway for interfacing stationary spin qubits with flying photonic qubits, forming the backbone of future quantum networks. Telecom-band spin-photonic qubits, operating in the 1260-1675 nm wavelength range, are particularly well-suited for long-distance quantum communication due to minimal loss in standard optical fibers. Achieving scalability, however, hinges on fulfilling several stringent criteria: coherent spin-state control, deterministic and indistinguishable single-photon emission, and integration with nanophotonic structures that enhance radiative properties, such as lifetime, coherence, and photon indistinguishability. This study explores the state-of-the-art spin-photonic qubits across solid-state platforms, including diamond color centers, silicon carbide defect centers, quantum dots, and two-dimensional materials. Special attention is given to silicon-based emitters, particularly G, T, C- and Ci-centers, which promise monolithic integration with complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) technology and telecom-band operation. We classify these systems based on spin-photon interface availability, CMOS process compatibility, and emitter scalability. We also discuss recent advances in cavity quantum electrodynamics (cQED), including Purcell enhancement and quality factor engineering in integrated photonic (circuits) environments. The work highlights emerging demonstrations of quantum networking over metropolitan scales and outlines the trajectory toward chip-scale quantum photonic integrated circuits (QPICs). It combines deterministic emitter creation, coherent spin manipulation, and quantum information processing. These developments pave the way for global quantum networks, enabling secure communication, distributed quantum computing, and quantum-enhanced sensing.
• Abstract（参考訳）: 固体量子光源は、空飛ぶフォトニック量子ビットと対向する静止スピン量子ビットのためのスケーラブルな経路を提供し、将来の量子ネットワークのバックボーンを形成する。 1260-1675nmの波長範囲で動作するテレコムバンドのスピンフォトニック量子ビットは、標準光ファイバの損失が最小限であるため、特に長距離量子通信に適している。 しかし、スケーラビリティを達成するためには、コヒーレントスピン状態制御、決定論的かつ区別不能な単一光子放出、寿命、コヒーレンス、光子不識別性などの放射特性を高めるナノフォトニック構造との統合など、いくつかの厳密な基準を満たす必要がある。 本研究では, ダイヤモンド色中心, 炭化ケイ素欠陥中心, 量子ドット, 二次元材料など, 固体プラットフォームにまたがる最先端のスピンフォトニック量子ビットについて検討した。 シリコンベースのエミッタ、特にG、T、C、C中心は、相補的金属酸化物半導体(CMOS)技術とテレコムバンド操作とのモノリシックな統合を約束している。 我々は、スピンフォトンインタフェースの可用性、CMOSプロセスの互換性、エミッタスケーラビリティに基づいて、これらのシステムを分類する。 集積フォトニック(回路)環境におけるPurcellの強化と品質因子工学を含む空洞量子電磁力学(cQED)の最近の進歩についても論じる。 この研究は、大都市圏における量子ネットワークの新たなデモンストレーションを強調し、チップスケールの量子フォトニック集積回路(QPIC)への軌道を概説している。 これは決定論的エミッター生成、コヒーレントスピン操作、量子情報処理を組み合わせたものである。 これらの開発は、セキュアな通信、分散量子コンピューティング、量子強化センシングを可能にする、グローバルな量子ネットワークの道を開いた。

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