論文の概要: Hybrid Quantum Repeater Chains with Atom-based Quantum Processing Units and Quantum Memory Multiplexers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.21655v1
• Date: Thu, 25 Dec 2025 12:53:46 GMT
• ステータス: 情報取得中
• システム内更新日: 2025-12-29 12:06:50.056295
• Title: Hybrid Quantum Repeater Chains with Atom-based Quantum Processing Units and Quantum Memory Multiplexers
• Title（参考訳）: Atomベースの量子処理ユニットと量子メモリ多重化器を用いたハイブリッド量子リピータチェイン
• Authors: Shin Sun, Daniel Bhatti, Shaobo Gao, David Elkouss, Hiroki Takahashi,
• Abstract要約: 本稿では、原子ベースの量子処理ユニット、自発パラメトリックダウンコンバージョン光子源、原子周波数コム量子メモリを統合したハイブリッド量子リピータの設計を提案する。 線形リレーダチェーンモデルにおけるエンドツーエンド秘密鍵レートに対するハイブリッド設計の利点を実証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Quantum repeaters enable the generation of reliable entanglement across long distances despite the underlying channel noise. Nevertheless, realizing quantum repeaters poses a difficult engineering challenge due to various device constraints and design tradeoffs. Herein, we propose and analyze an efficient hybrid quantum repeater design that integrates atom-based quantum processing units, spontaneous parametric down-conversion photon sources, and atomic frequency comb quantum memories. Our design leverages the strong spectro-temporal multiplexing capability of the quantum memory to enable high-rate elementary-link entanglement generation between repeater nodes. Transferring the photonic entanglement into matter-qubit entanglement, together with deterministic quantum operations, further enables reliable long-distance entanglement distribution. We analyze photon-loss channels in the hybrid architecture and propose suitable error-suppression strategies that are natively incorporated into our repeater protocol. Using numerical simulations, we demonstrate the advantages of our hybrid design for end-to-end secret key rates in a linear repeater-chain model. With continued advances in relevant hardware technologies, we envision that the proposed hybrid design is well-suited for large-scale quantum networks.
• Abstract（参考訳）: 量子リピータは、基礎となるチャネルノイズにも拘わらず、長距離にわたる信頼性の高い絡み合いの発生を可能にする。 それでも、量子リピータの実現は、さまざまなデバイス制約と設計上のトレードオフのために、難しいエンジニアリング上の課題となる。 本稿では、原子ベースの量子処理ユニット、自発パラメトリックダウンコンバージョン光子源、原子周波数コム量子メモリを統合した効率的なハイブリッド量子リピータの設計と解析を行う。 我々の設計では、量子メモリの強いスペクトル時間多重化機能を活用し、リピータノード間の高速な初等リンク絡み合わせ生成を可能にする。 フォトニックエンタングルメントを物質-量子エンタングルメントに転送し、決定論的量子演算とともに、信頼性の高い長距離エンタングルメント分布を可能にする。 ハイブリッドアーキテクチャにおける光子損失チャネルを解析し、リピータプロトコルにネイティブに組み込んだ適切なエラー抑圧戦略を提案する。 数値シミュレーションを用いて、線形リレーダチェーンモデルにおけるエンドツーエンド秘密鍵レートに対するハイブリッド設計の利点を実証する。 関連ハードウェア技術の継続的な進歩により,提案するハイブリッド設計は大規模量子ネットワークに適していると考えられる。

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