論文の概要: An Atomic Interface for High-Dimensional Temporal Mode Quantum Networks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.06558v1
• Date: Fri, 06 Mar 2026 18:47:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-09 13:17:46.404172
• Title: An Atomic Interface for High-Dimensional Temporal Mode Quantum Networks
• Title（参考訳）: 高次元時間モード量子ネットワークのための原子インタフェース
• Authors: Shicheng Zhang, Aonan Zhang, Ilse Maillette de Buy Wenniger, Paul M. Burdekin, Jerzy Szuniewicz, Steven Sagona-Stophel, Sarah E. Thomas, Ian A. Walmsley,
• Abstract要約: 光子の時間モードは高次元量子ネットワークのための有望な符号化方式である。 熱セシウム蒸気中のラマン量子メモリを用いたプログラム可能な高次元時間モードプロセッサを実演する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.258003377458103
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Temporal modes of photons are a promising encoding scheme for high-dimensional quantum networks due to their high channel capacity and fiber compatibility. However, realizing their full potential requires devices capable of synchronizing, processing and interfacing these modes across photonic and atomic bandwidths. In this work, we demonstrate a programmable high-dimensional temporal mode processor using a Raman quantum memory in warm cesium vapor. We exploit the single-mode nature of the Raman interaction kernel, dynamically shaping the control field to synthesize a tunable coherent filter that selectively addresses specific temporal waveforms. This mechanism enables on-demand storage, filtering, and conversion, providing a coherent interface between MHz- and GHz-bandwidth modes. We validate the platform's selectivity across a basis of 30 orthogonal Hermite-Gaussian modes and certify high-fidelity quantum operation via 5-dimensional process tomography. By combining deterministic mode conversion with bidirectional bandwidth interfacing, we establish the Raman memory as a critical active node for scalable quantum information processing.
• Abstract（参考訳）: 光子の時間モードは、高チャネル容量とファイバーの互換性のため、高次元量子ネットワークのための有望な符号化方式である。 しかし、その潜在能力をフルに実現するには、これらのモードをフォトニック帯域と原子バンド幅で同期、処理、インターフェースできるデバイスが必要である。 本研究では,Raman量子メモリを用いたプログラム可能な高次元時間モードプロセッサを熱セシウム蒸気中で実証する。 我々は、ラマン相互作用カーネルの単一モードの性質を利用して、制御フィールドを動的に形成し、特定の時間波形に選択的に対処するチューナブルコヒーレントフィルタを合成する。 このメカニズムはオンデマンドストレージ、フィルタリング、変換を可能にし、MHzとGHz帯域幅モードのコヒーレントなインターフェースを提供する。 我々は,30の直交Hermite-Gaussianモードに基づいてプラットフォームの選択性を検証し,5次元プロセストモグラフィーによる高忠実度量子演算の証明を行う。 決定論的モード変換と双方向帯域幅の相互接続を組み合わせることで、ラマンメモリをスケーラブルな量子情報処理のためのクリティカルアクティブノードとして確立する。

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