論文の概要: All-optical quantum memory using bosonic quantum error correction codes

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.21721v1
• Date: Mon, 23 Mar 2026 09:07:12 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-24 19:11:39.581644
• Title: All-optical quantum memory using bosonic quantum error correction codes
• Title（参考訳）: ボゾン量子誤り訂正符号を用いた全光量子メモリ
• Authors: Kaustav Chatterjee, Niklas Budinger, Kian Latifi Yaghin, Lucas Borg Clausen, Ulrik Lund Andersen,
• Abstract要約: 本稿では,Gottesman-Kitaev-Preskill符号化量子ビットをファイバーループに格納する全光量子メモリアーキテクチャを提案する。 我々は, シンドロームデコーダの最適化が, 実験的に関係する有限列化機構において重要な役割を担っていることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Reliable quantum memory is essential for scalable quantum networks and fault-tolerant photonic quantum computing. We present a quantitative analysis of an all-optical quantum memory architecture in which a Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP) encoded qubit is stored in a fibre loop and periodically stabilized using teleportation-based error correction. By modelling fibre propagation as a pure-loss channel and representing each correction round as an effective logical map acting on the Bloch vector, we obtain a compact description of the full multi-round memory channel. We show that syndrome decoder optimization plays a crucial role in the experimentally relevant finite-squeezing regime. The optimal decoder deviates from standard square-grid GKP decoder in both tile-size and tile-shape, leading to significant improved logical performance. Using this optimized decoding strategy, we identify a squeezing-dependent optimal spacing between correction nodes that maximizes the memory lifetime. Remarkably, this optimal segment length is largely independent of the desired storage time, providing a simple and practical design rule for fibre-loop quantum memory. We further find a squeezing threshold of approximately 6.7 dB below which intermediate error correction becomes counterproductive, while above threshold the achievable storage time increases approximately exponentially with squeezing. For example, at 17 dB squeezing, storage times exceeding 400 ms can be achieved with logical infidelity below 1%. These results establish clear performance benchmarks and reveal the fundamental trade-off between photon loss, squeezing, and correction frequency in continuous-variable architectures. Our findings provide actionable design principles for near-term photonic quantum memory and clarify the path toward scalable all-optical fault-tolerant quantum storage.
• Abstract（参考訳）: 信頼性の高い量子メモリは、スケーラブルな量子ネットワークとフォールトトレラントなフォトニック量子コンピューティングに不可欠である。 本稿では,GKP(Gottesman-Kitaev-Preskill)符号化量子ビットをファイバーループに格納し,テレポーテーションに基づく誤り訂正により周期的に安定化する全光学量子メモリアーキテクチャの定量的解析を行う。 ファイバー伝搬を純損失チャネルとしてモデル化し、各補正ラウンドをブロッホベクトルに作用する実効論理写像として表現することにより、全マルチラウンドメモリチャネルのコンパクトな記述を得る。 我々は, シンドロームデコーダの最適化が, 実験的に関係する有限列化機構において重要な役割を担っていることを示す。 最適デコーダは、タイルサイズとタイル形状の両方で標準の2乗グリッドGKPデコーダから逸脱し、論理性能が大幅に向上した。 この最適化された復号化戦略を用いて、記憶寿命を最大化する補正ノード間のスケザリング依存の最適間隔を同定する。 注目すべきは、この最適セグメント長は所望の記憶時間とは独立であり、ファイバーループ量子メモリの単純かつ実用的な設計ルールを提供することである。 さらに,中間誤差補正が非生産的となる約6.7dBのスクイーズしきい値が得られた。 例えば、17dBのスクイーズで400msを超える記憶時間は1%未満の論理的不忠実さで達成できる。 これらの結果は明確な性能ベンチマークを確立し、連続変数アーキテクチャにおける光子損失、スクイーズ、補正周波数の基本的なトレードオフを明らかにする。 本研究は、短期フォトニック量子メモリのための実用的な設計原理を提供し、スケーラブルな全光フォールトトレラント量子ストレージへの道筋を明らかにする。

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