論文の概要: Ultrafast all-optical quantum teleportation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.14959v1
- Date: Thu, 16 Apr 2026 12:54:40 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-17 21:29:31.901075
- Title: Ultrafast all-optical quantum teleportation
- Title（参考訳）: 超高速全光量子テレポーテーション
- Authors: Takumi Suzuki, Takaya Hoshi, Akito Kawasaki, Shotaro Oki, Konhi Ichii, Hironari Nagayoshi, Kazuma Takahashi, Takahiro Kashiwazaki, Taichi Yamashima, Asuka Inoue, Takeshi Umeki, Tatsuki Sonoyama, Kan Takase, Warit Asavanant, Mamoru Endo, Akira Furusawa,
- Abstract要約: 光量子コンピューティングにおいて、連続可変量子テレポーテーション (continuous-variable quantum teleportation) は決定論的論理演算の構成要素である。
電気フィードフォワードのボトルネックは現在、運用帯域を約100メガヘルツに制限している。
1テラヘルツ帯全光量子テレポーテーションを示し、この電子制限を完全に回避する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Light's intrinsic carrier frequency of hundreds of terahertz theoretically enables information processing at terahertz clock rates. In optical quantum computing, continuous-variable quantum teleportation is the fundamental building block for deterministic logic operations. This protocol transfers unknown quantum states between nodes using quantum entanglement and real-time feedforward of measurement outcomes. However, electrical feedforward bottlenecks currently restrict operational bandwidths to approximately 100 megahertz, preventing the exploitation of light's ultimate speed. Here we show 1-terahertz-bandwidth all-optical quantum teleportation, completely bypassing this electronic limitation. By transferring Bell measurement outcomes optically, we successfully teleported vacuum states across the terahertz band and real-time random coherent wavepackets with a 42-picosecond temporal width. Evaluating the intrinsic state transfer quality, we achieved teleportation fidelities of $\mathcal{F}=0.784$ for the broadband vacuum states and $\mathcal{F}=0.770$ for the dynamic coherent wavepackets. Both results strictly surpass the classical limit of $\mathcal{F}=0.5$, demonstrating genuine quantum teleportation at ultrafast speeds. Our results establish that optical quantum processing speeds are constrained solely by the nonlinear medium's 1-picosecond-scale response, rather than classical electrical interfaces. This methodology provides a cornerstone for terahertz-clock quantum computers capable of overcoming Moore's law, and paves the way for a high-capacity, telecom-compatible quantum internet.
- Abstract（参考訳）: 光の数百テラヘルツの固有キャリア周波数は理論的にはテラヘルツクロックレートの情報処理を可能にする。
光量子コンピューティングにおいて、連続可変量子テレポーテーションは決定論的論理演算の基本的な構成要素である。
このプロトコルは、量子絡み合いと測定結果のリアルタイムフィードフォワードを用いて、未知の量子状態をノード間で転送する。
しかし、現在、電気フィードフォワードのボトルネックは運用帯域幅を約100メガヘルツに制限しており、光の究極の速度の悪用を防いでいる。
ここでは、1テラヘルツ帯全光量子テレポーテーションを示し、この電子制限を完全に回避する。
ベル計測結果を光学的に転送することにより,42ピコ秒の時間幅を持つテラヘルツ帯および実時間ランダムコヒーレント波束の真空状態の伝送に成功した。
固有状態伝達特性の評価を行い, ブロードバンド真空状態に対して$\mathcal{F}=0.784$, 動的コヒーレント波束に対して$\mathcal{F}=0.770$のテレポーテーション特性を得た。
どちらの結果も$\mathcal{F}=0.5$という古典的な極限を超え、超高速で真の量子テレポーテーションを示す。
この結果から,光学量子処理速度は古典的な電気的インタフェースではなく,非線形媒質の1ピコ秒スケールの応答にのみ制約されていることが判明した。
この手法はムーアの法則を克服できるテラヘルツ時間量子コンピュータの基礎を提供し、高容量でテレコム互換の量子インターネットへの道を開く。
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