論文の概要: High-Performance Quantum Frequency Conversion from Ultraviolet to Telecom Band

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.01745v1
• Date: Mon, 02 Mar 2026 11:15:33 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-03 19:50:56.833723
• Title: High-Performance Quantum Frequency Conversion from Ultraviolet to Telecom Band
• Title（参考訳）: 紫外からテレコム帯域への高性能量子周波数変換
• Authors: Yi Yang, Bin Wang, Ji-Chao Lin, Yang Gao, Xin Li, Jiu-Peng Chen, Lei Hou, Ye Wang, Yong Wan, Xiu-Ping Xie, Ming-Yang Zheng, Qiang Zhang, Jian-Wei Pan,
• Abstract要約: 量子周波数変換(QFC)は、静止量子ビットと低損失光通信チャネルのスペクトルギャップを埋めるのに不可欠である。 薄膜ニオブ酸リチウムの1次準位相マッチング周期3.07の短波長整合QFCを示す。 外部効率は28.8%、超低騒音は毎秒35回である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 29.56767830548318
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum frequency conversion (QFC) is essential for bridging the spectral gap between stationary qubits and low-loss optical communication channels. In this work, we demonstrate a short-wavelength-pumping QFC with the first-order quasi-phase matching period of 3.07 um on thin-film lithium niobate, converting ultraviolet photons to the telecom C-band. By constructing a theoretical model that correlates the normalized conversion efficiency with domain defects in the short-period phase-matched waveguide, we found the critical tolerance of domain defects along the waveguide should be $\le 2$ (excluding the ends). Based on this, we achieved a theoretical limit normalized conversion efficiency of 839%/(W*cm^2) for the fundamental guided mode through fabrication optimization. Furthermore, we propose a robust noise suppression strategy for short-wavelength pumping by utilizing the counter-tuning behaviors of difference-frequency generation and spontaneous parametric down-conversion. By combining these advances with ultra-narrowband filtering, we achieve a record-high external efficiency of 28.8% and an ultra-low noise of 35 counts per second. This high-performance QFC connecting ultraviolet and telecom bands satisfies the stringent requirements for long-lived remote ion-ion entanglement in scalable quantum networks [W.-Z. Liu et al., Nature (2026)].
• Abstract（参考訳）: 量子周波数変換(QFC)は、静止量子ビットと低損失光通信チャネルのスペクトルギャップを埋めるのに不可欠である。 本研究では, ニオブ酸リチウム薄膜上での1次準位相マッチング周期3.07の短波長ポンピングQFCを試作し, 紫外光子を通信用Cバンドに変換する。 短周期位相整合導波管における正規化変換効率とドメイン欠陥とを相関させる理論モデルを構築することにより、導波管に沿ったドメイン欠陥の臨界許容値は$\le 2$(端を除く)であることが判明した。 これに基づいて,製造最適化により基本誘導モードに対する839%/(W*cm^2)の正規化変換効率を理論的に制限した。 さらに、差周波発生と自発パラメトリックダウン変換の逆調整挙動を利用して、短波長ポンピングのための頑健なノイズ抑制戦略を提案する。 これらの進歩を超狭帯域フィルタリングと組み合わせることで,28.8%の外部効率,35秒あたりの超低ノイズを実現した。 この高性能QFCは、スケーラブルな量子ネットワーク(W.-Z. Liu et al , Nature, 2026)において、長寿命の遠隔イオンイオンの絡み合いに対する厳しい要求を満たす。

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