論文の概要: A building block of quantum repeaters for scalable quantum networks
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.08472v1
- Date: Mon, 09 Feb 2026 10:19:31 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-02-10 20:26:25.168645
- Title: A building block of quantum repeaters for scalable quantum networks
- Title（参考訳）: スケーラブル量子ネットワークのための量子リピータ構築ブロック
- Authors: Wen-Zhao Liu, Ya-Bin Zhou, Jiu-Peng Chen, Bin Wang, Ao Teng, Xiao-Wen Han, Guang-Cheng Liu, Zhi-Jiong Zhang, Yi Yang, Feng-Guang Liu, ChaoHui Xue, Bo-Wen Yang, Jin Yang, Chao Zeng, Du-Ruo Pan, Ming-Yang Zheng, Xing-Jian Zhang, Cao Shen, Yi-Zheng Zhen, You Xiao, Hao Li, Li-Xing You, XiongFeng Ma, Qi Zhao, Feihu Xu, Ye Wang, Yong Wan, Qiang Zhang, Jian-Wei Pan,
- Abstract要約: 我々は, メモリ・メモリ・アンタングルを, 平均エンタングルメント確立時間内に10kmのファイバー上で開発し, 維持する。
直接応用として、10km以上の4.05*105ベルペアのうち、1,917個の秘密鍵を実証する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 31.28992546873135
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum networks, integrating quantum communication, quantum metrology, and distributed quantum computing, could provide secure and efficient information transfer, high-resolution sensing, and an exponential speed-up in information processing. Deterministic entanglement distribution over long distances is a prerequisite for scalable quantum networks, enabling the utilization of device-independent quantum key distribution (DI-QKD) and quantum teleportation to achieve secure and efficient information transfer. However, the exponential photon loss in optical fibres prohibits efficient and deterministic entanglement distribution. Quantum repeaters, incorporating entanglement swapping and entanglement purification with quantum memories, offer the most promising means to overcome this limitation in fibre-based quantum networks. Despite numerous pioneering efforts toward realizing quantum repeaters, a critical bottleneck remains, as remote memory-memory entanglement suffers from decoherence more rapidly than it can be established and purified over long distances. We overcome this by developing long-lived trapped-ion memories, an efficient telecom interface, and a high-visibility single-photon entanglement protocol. This allows us to establish and maintain memory-memory entanglement over a 10 km fibre within the average entanglement establishment time for the same distance. As a direct application, we demonstrate metropolitan-scale DI-QKD, distilling 1,917 secret keys out of 4.05*10^5 Bell pairs over 10 km. We further report a positive key rate over 101 km in the asymptotic limit, extending the achievable distance by more than two orders of magnitude. Our work provides a critical building block for quantum repeaters and marks an important step toward scalable quantum networks.
- Abstract（参考訳）: 量子通信、量子気象学、分散量子コンピューティングを統合する量子ネットワークは、セキュアで効率的な情報転送、高解像度のセンシング、情報処理における指数的なスピードアップを提供する。
長距離における決定論的絡み合い分布はスケーラブルな量子ネットワークの前提条件であり、デバイス非依存の量子鍵分布(DI-QKD)と量子テレポーテーションを利用してセキュアで効率的な情報転送を実現する。
しかし、光ファイバーの指数的光子損失は、効率的かつ決定論的絡み合い分布を禁止している。
量子リピータは、エンタングルメントスワッピングとエンタングルメント精製を量子メモリに組み込んだもので、ファイバーベースの量子ネットワークにおいて、この制限を克服する最も有望な手段を提供する。
量子リピータの実現に向けた多くの先駆的な取り組みにもかかわらず、リモートメモリ・メモリの絡み合いは長距離で確立し浄化できるよりも早くデコヒーレンスに苦しむため、重要なボトルネックが残っている。
我々は、長寿命の閉じ込められたイオンメモリ、効率的な通信インタフェース、高可視性単一光子絡み合わせプロトコルを開発することでこれを克服する。
これにより、同じ距離における平均的絡み合い設定時間内に、メモリ・メモリ・絡み合いを10kmのファイバー上で確立し、維持することができる。
直接適用として大都市圏のDI-QKDを実証し,10km以上の4.05*10^5ベルペアから1,917個の秘密鍵を蒸留した。
さらに、漸近限界において101kmを超える正の鍵レートを報告し、達成可能な距離を2桁以上延長する。
私たちの研究は、量子リピータにとって重要なビルディングブロックを提供し、スケーラブルな量子ネットワークへの重要なステップを示します。
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