論文の概要: High-dimensional quantum communication with scalable photonic entanglement in time and frequency
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.18212v1
- Date: Wed, 18 Mar 2026 19:00:00 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-20 17:19:05.818567
- Title: High-dimensional quantum communication with scalable photonic entanglement in time and frequency
- Title（参考訳）: 拡張性フォトニックエンタングルメントを用いた時間と周波数の高次元量子通信
- Authors: Kai-Chi Chang, Murat Can Sarihan, Nicky Kai Hong Li, Florian Kanitschar, Kemal Enes Akyuz, Yujie Chen, Dong-Il Lee, Jin Ho Kang, Alwaleed Aldhafeeri, Andrew Mueller, Matthew D. Shaw, Boris Korzh, Maria Spiropulu, Paul Erker, Marcus Huber, Chee Wei Wong,
- Abstract要約: 時間周波数領域における高次元絡みを特徴付けるスキャンフリー手法を実証する。
我々の再建は5.70pm0.07$ ebitsと65.4pm0.4%$を達成し、局所的な最大絡み合った状態は1021$である。
商用の通信部品と最先端の低ジッタ単一光子検出器を用いて、我々のスケーラブルなアーキテクチャは、高速で耐雑音性のある量子通信テストベッドへの実践的な道筋を提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.832325332026412
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: High-dimensional photonic entanglement holds significant promise for advancing quantum communication, computation, and metrology. For example, large-alphabet quantum communication protocols are known to benefit from enhanced noise resilience and information capacity via multi-bit time-bin encoding. Yet, characterizing high-dimensional entangled states is challenging, as full state tomography becomes prohibitively costly and often requires unrealizable measurements. Here, we demonstrate a scan-free method to characterize high-dimensional entanglement in the time-frequency domain. Our reconstruction achieves a record $5.70\pm0.07$ ebits and a fidelity of $65.4\pm0.4\%$ with the maximally entangled state of local dimension $1021$, certifying the presence of $668$-dimensional entanglement. We further prove the attainability of a secure key rate of $15.6$ kB/s in a composable finite-size, entanglement-based protocol, and show that in continuous operation, the setup can quickly approach asymptotic key rates. Using commercial telecom components and state-of-the-art low-jitter single-photon detectors, our scalable architecture offers a practical path towards high-rate, noise-resilient quantum communication testbeds.
- Abstract（参考訳）: 高次元フォトニック絡み合いは、量子通信、計算、およびメトロジーを前進させる重要な約束を持っている。
例えば、大規模アルファベット量子通信プロトコルは、マルチビットタイムビン符号化によるノイズレジリエンスと情報容量の強化の恩恵を受けていることが知られている。
しかし、フルステートトモグラフィーは不当にコストがかかり、しばしば実現不可能な測定を必要とするため、高次元の絡み合った状態の特徴付けは困難である。
本稿では,時間周波数領域における高次元絡みを特徴付けるスキャンフリー手法を示す。
我々の復元は5.70\pm0.07$ ebitsと65.4\pm0.4\%$で、局所次元の最大エンタングル状態は1021$であり、668$-次元エンタングルメントの存在を証明している。
さらに、構成可能な有限サイズ、絡み合いベースのプロトコルにおいて、セキュアな鍵レートが15.6$ kB/sで達成可能であることを証明し、連続的な操作では、その設定が漸近的な鍵レートに迅速にアプローチ可能であることを示す。
商用の通信部品と最先端の低ジッタ単光子検出器を用いて、我々のスケーラブルなアーキテクチャは、高速で耐雑音性のある量子通信テストベッドへの実践的な経路を提供する。
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