論文の概要: Gate-Based Microwave Quantum Repeater Via Grid-State Encoding
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.19896v1
- Date: Mon, 22 Dec 2025 21:50:48 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-24 19:17:49.671843
- Title: Gate-Based Microwave Quantum Repeater Via Grid-State Encoding
- Title（参考訳）: 格子状態符号化によるゲート型マイクロ波量子リピータ
- Authors: Hany Khalifa, Matti Silveri,
- Abstract要約: ボゾン格子を符号化した第2世代のゲート型マイクロ波量子リピータを提案する。
このデバイスは、現在利用可能な超伝導マイクロ波技術を使って実装することができる。
セキュアなチップ対チップ通信と分散量子コンピューティングに適している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: In autonomous quantum error correction the lifetime of a logical bosonic qubit can be extended beyond its physical constituents without feedback measurements. Leveraging autonomous error correction, we propose a second-generation gate-based microwave quantum repeater (GBMQR) with encoded bosonic grid states. Each repeater station comprises a transmon and two bosonic resonators: one resonator serving as a stationary quantum memory utilizing autonomous error correction, and the other as an information bus for entanglement generation. Entanglement is generated sequentially through the successful absorption of a microwave photon wavepacket. This method enables deterministic entanglement generation, in contrast to a probabilistic mixing of two heralding signals on a balanced beamsplitter. Furthermore, our GBMQR employs an all-bosonic entanglement swapping Bell-state measurement. This is implemented via a bosonic controlled-Z gate and two separate X-basis projective homodyne measurements on the stationary stored codewords. Our approach circumvents mode-mismatch losses associated with routing and interfering of heralding modes on a beamsplitter, and confines losses to those arising from stationary storage. We evaluate the performance of the proposed quantum repeater by calculating its secret key rate under realistic lab environments. Moreover, we explicitly demonstrate that at stationary damping rate of $κ^{-1}_{\text{damp}}=$~\SI{40}{\milli\second}, GBMQR can achieve entanglement generation and swapping success probabilities approx.~$0.75$, and $0.58$ respectively, surpassing the hallmark success probability of $1/2$ set by ideal linear beamsplitter-based Bell-state measurements. The proposed device can be implemented using currently available superconducting microwave technology and is suited for secure chip-to-chip communication and distributed quantum computing.
- Abstract（参考訳）: 自律的量子誤差補正では、論理ボソニック量子ビットの寿命は、フィードバック測定なしでその物理成分を超えて拡張することができる。
自律的誤り訂正を生かした第2世代ゲート型マイクロ波量子リピータ(GBMQR)を提案する。
各中継局は、トランスモンと、2つのボソニック共振器と、自律的誤り補正を利用した静止量子メモリとして機能する共振器と、絡み合わせ発生のための情報バスとを備える。
エンタングルメントはマイクロ波光子ウェーブパレットの吸収に成功したことにより順次発生する。
この方法は、バランスの取れたビームスプリッタ上の2つのヘラルディング信号の確率混合とは対照的に、決定論的絡み合いの発生を可能にする。
さらに,我々のGBMQRでは,ベル状態測定を交互に切り換えた全ボソニックエンタングルメントを採用している。
これはボソニック制御Zゲートと静止したコードワード上の2つのX基底射影ホモダインの計測によって実装される。
本手法は,ビームスプリッタ上のシーディングモードのルーティングと干渉に伴うモードミスマッチの損失を回避し,固定ストレージから発生する損失を抑える。
本研究では,現実的な実験室環境下での秘密鍵レートを算出し,提案した量子リピータの性能を評価する。
さらに, 定常減衰速度が$κ^{-1}_{\text{damp}}=$~\SI{40}{\milli\second} である場合, GBMQRは絡み合いの発生や成功確率のスワップが可能であることを示す。
それぞれ0.75ドル、0.58ドルであり、理想的な線形ビームスプリッターベースのベル状態測定によって設定された1/2ドルの成功確率を超える。
提案装置は、現在利用可能な超伝導マイクロ波技術を用いて実装可能であり、セキュアなチップ対チップ通信と分散量子コンピューティングに適している。
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