論文の概要: GKP-inspired high-dimensional superdense coding with energy-time entanglement
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.15125v1
- Date: Mon, 16 Feb 2026 19:01:59 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-02-18 16:03:17.879107
- Title: GKP-inspired high-dimensional superdense coding with energy-time entanglement
- Title（参考訳）: GKPによるエネルギー時間絡み込みによる高次元超高次元符号化
- Authors: Kai-Chi Chang, Arjun Mirani, Murat Can Sarihan, Xiang Cheng, Michelle Harasimowicz, Patrick Hayden, Chee Wei Wong,
- Abstract要約: エネルギー時間絡み合った状態を用いた高次元超高密度符号化プロトコルを提案する。
GKP符号にインスパイアされた我々のプロトコルは、連続時間と周波数自由度を識別する。
その結果,同一パラメータの単一光子周波数コムを4.6倍の速度で達成できた。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.749045484170813
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Superdense coding, the application of entanglement to boost classical communication capacity, is a cornerstone of quantum communication. In this paper, we propose a high-dimensional superdense coding protocol using energy-time entangled states. These states are biphoton frequency combs, an example of entangled time-frequency Gottesman-Kitaev-Preskill (TFGKP) states or time-frequency grid states. Inspired by GKP codes, our protocol involves discretizing the continuous time and frequency degrees of freedom and encoding information by time-frequency displacements. This approach leverages the inherently large Hilbert space found in quantum frequency combs, with resilience against both temporal and spectral errors. In addition to describing the theoretical structure of the protocol, we propose an experimental implementation using standard telecommunication components, time-resolving single-photon detectors and a frequency beamsplitter. We also analyze the effect of experimental noise and errors on the channel capacity of the protocol. We demonstrate that for realistic experimental parameters, contemporary technologies satisfy the prerequisites for superdense coding with biphoton frequency combs, achieving a transmission rate of approximately 8.91 bits per transmitted photon (equivalent to 481 distinguishable messages with asymptotically vanishing errors). This more than doubles the previously highest transmission rate of 4 bits achieved by the Kwiat-Weinfurter scheme, while also having competitive optical loss. Furthermore, our results beat the rate achievable using a single-photon frequency comb with identical parameters by 4.6 times. Our protocol thus represents an experimentally feasible application of time-frequency grid states to entanglement-assisted communication, contributing to the active fields of continuous-variable and high-dimensional quantum information.
- Abstract（参考訳）: 古典的な通信能力を高めるための絡み合いの応用である超高密度符号化は、量子通信の基盤となっている。
本稿では,エネルギー時間の絡み合った状態を用いた高次元超高密度符号化プロトコルを提案する。
これらの状態は双光子周波数コムであり、絡み合った時間周波数のゴッテマン・キタエフ・プレスキル状態(TFGKP)や時間周波数グリッド状態の例である。
GKP符号にインスパイアされた我々のプロトコルは、連続時間と周波数自由度を識別し、時間周波数変位によって情報を符号化する。
このアプローチは、時間誤差とスペクトル誤差の両方に対してレジリエンスを持つ、本質的に大きなヒルベルト空間を量子周波数コムに利用している。
プロトコルの理論的構造を説明することに加えて,標準通信部品,時間分解型単一光子検出器,周波数ビームスプリッタを用いた実験実装を提案する。
また、実験ノイズと誤差がプロトコルのチャネル容量に与える影響を分析する。
現実的な実験パラメータでは、現代の技術が双光子周波数コムによる超音速符号化の前提条件を満たすことを示し、送信光子当たりの伝送速度は約8.91ビット(漸近的に消滅する481メッセージに相当する)を達成した。
これは、Kwiat-Weinfurterスキームによって達成された4ビットのこれまでで最も高い伝送速度の2倍以上であり、また、競合する光学損失を持つ。
さらに, 同一パラメータの単一光子周波数コムを4.6倍の速度で達成できた。
提案プロトコルは,時間周波数グリッド状態の絡み合い支援通信への応用を実験的に実現し,連続変数および高次元量子情報のアクティブフィールドに寄与する。
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