論文の概要: Gigahertz-rate thin-film lithium niobate receiver for time-bin quantum communication

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.16695v1
• Date: Fri, 17 Apr 2026 20:51:57 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-28 14:14:37.768238
• Title: Gigahertz-rate thin-film lithium niobate receiver for time-bin quantum communication
• Title（参考訳）: 時間ビン量子通信のためのギガヘルツレート薄膜リチウムニオブ酸リチウム受信機
• Authors: Andrea Bernardi, Marco Clementi, Marcello Bacchi, Matías Rubén Bolaños, Sara Congia, Francesco Garrisi, Andrea Martellosio, Marco Passoni, Alexander Wrobel, Costantino Agnesi, Giuseppe Vallone, Paolo Villoresi, Federico Andrea Sabattoli, Matteo Galli, Daniele Bajoni,
• Abstract要約: デバイスは、時間ビンエンコードされた量子状態の高速な電気光学操作を行うことができる。 システムは12時間の連続動作で25kbit/sを超える安定な有限サイズ安全な鍵レートを達成する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 27.308408027453012
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Time-bin encoded quantum states of light are crucial for quantum technology applications. The integration of manipulation functionalities into chip-scale devices is essential for deploying scalable, high-performance, and cost-effective quantum networks. Here we develop a fully integrated, high-throughput quantum receiver based on the thin-film lithium niobate (TFLN) platform, capable of high-speed electro-optic manipulation of time-bin encoded quantum states. The device's novel architecture enables active switching of time-bin quantum states with an electro-optic bandwidth exceeding 30 Ghz, while supporting real-time arbitrary projective measurements with a bandwidth of over 1 GHz. We showcase its versatility and performance through several applications, including the certification of entanglement with Bell's inequality violation by 38 standard deviations and with >95% visibility. We then apply it to a fiber-based quantum communication scenario, where we experimentally demonstrate an entanglement-based quantum key distribution (QKD) protocol, achieving stable finite-size secure key rates exceeding 25 kbit/s over 12 hours of continuous operation. By leveraging a high-speed active switching scheme, the system overcomes the need for temporal post-selection, eliminating a fundamental loophole that compromises the security of time-bin entanglement-based QKD protocols and relaxes the temporal resolution requirements of single-photon detectors. Moreover, it enables active selection of the projection basis, increasing the flexibility for communication parties. This approach establishes a versatile and scalable architecture for time-bin encoded quantum communication, enabling practical protocols on industry-grade photonic technology.
• Abstract（参考訳）: 光の時間ビン符号化量子状態は、量子技術応用には不可欠である。 チップスケールデバイスへの操作機能の統合は、スケーラブルで高性能で費用対効果の高い量子ネットワークの展開に不可欠である。 そこで我々は, 薄膜ニオブ酸リチウム(TFLN)プラットフォームをベースとした完全集積型高スループット量子受信機を開発し, 時間ビン符号化量子状態の高速電気光学操作を実現する。 デバイスの新しいアーキテクチャでは、30Ghzを超える電気光学帯域を持つ時間ビン量子状態の能動的切替が可能であり、1GHz以上の帯域を持つリアルタイム任意射影測定をサポートする。 例えば,38の標準偏差によるベルの不等式違反による絡み合いの認定,および95%の可視性を含む。 次に、繊維ベースの量子通信シナリオに適用し、12時間の連続操作で25kbit/sを超える安定した有限サイズ安全な鍵レートを達成するために、絡み合いベースの量子鍵分布(QKD)プロトコルを実験的に実証する。 高速な能動スイッチング方式を利用することで、タイムビンエンタングルメントベースのQKDプロトコルのセキュリティを損なう基本的な抜け穴をなくし、単一光子検出器の時間分解要求を緩和する。 さらに、プロジェクションベースをアクティブに選択でき、通信相手の柔軟性を高めることができる。 このアプローチは、タイムビン符号化量子通信のための汎用的でスケーラブルなアーキテクチャを確立し、業界レベルのフォトニクス技術における実用的なプロトコルを実現する。

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