論文の概要: Bayesian Phase Stabilization at the Shot-Noise Limit for Scalable Quantum Networks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.21388v1
• Date: Thu, 23 Apr 2026 07:57:24 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-24 14:40:06.37219
• Title: Bayesian Phase Stabilization at the Shot-Noise Limit for Scalable Quantum Networks
• Title（参考訳）: スケーラブル量子ネットワークにおけるショットノイズ限界におけるベイズ位相安定化
• Authors: Guang-Cheng Liu, Chao-Hui Xue, Fa-Xi Chen, Ming-Yang Zheng, Yi Yang, Li-Bo Li, Bin Wang, Bo-Wen Yang, Hai-Feng Jiang, Yong Wan, Ye Wang, Jiu-Peng Chen, Qiang Zhang, Jian-Wei Pan,
• Abstract要約: 量子ネットワークにおける高精度光位相安定化は、厳密な光子流束とデューティサイクル制限によって制限される。 我々はベイズ位相推定器を組み込んだ位相安定化フレームワークを開発し、スパース単光子検出イベントから情報を最適に抽出する。 この研究は、実用的な長距離量子ネットワークの堅牢でスケーラブルな基盤を確立する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 19.00377679182238
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: High-precision optical phase stabilization in quantum networks is fundamentally constrained by the strict photon-flux and duty-cycle limits required to avoid disturbing fragile quantum states. This challenge becomes especially critical when coordinating multiple independent light sources for multi-step quantum protocols. Here, we develop an integrated phase-stabilization framework that incorporates a Bayesian phase estimator to optimally extract information from sparse single-photon detection events. This approach outperforms conventional maximum-likelihood estimation and achieves the shot-noise limit under minimal photon flux. The framework enables real-time correction of combined phase noise from both nodal lasers and transmission fibers, facilitating a two-step excitation protocol for heralded entanglement generation between separate trapped-ion nodes via single-photon interference. Operating with a detected photon rate of approximately 1 MHz and a duty cycle less than or equal to 6.5%, the system maintains interferometric visibility greater than 97% over fiber links of 10 km and 100 km. This phase control yields deterministic ion-ion entanglement with parity contrast exceeding 85% at both distances, enabling device-independent quantum key distribution. Moreover, the resulting memory-memory entanglement at 10 km survives beyond the average time required to establish it -- a fundamental requirement for quantum repeaters. This work establishes a robust and scalable foundation for practical long-distance quantum networks.
• Abstract（参考訳）: 量子ネットワークにおける高精度光位相安定化は、不安定な量子状態を回避するために必要な厳密な光子流束とデューティサイクルの制限により、基本的に制限されている。 この課題は、マルチステップ量子プロトコルのために複数の独立した光源を調整する際に特に重要となる。 そこで我々はベイズ位相推定器を組み込んだ位相安定化フレームワークを開発し、スパース単光子検出イベントから情報を最適に抽出する。 このアプローチは、従来の最大線量推定よりも優れ、最小光子束の下でショットノイズ限界を達成する。 このフレームワークは、ノイズレーザーと透過ファイバの両方から合成位相ノイズをリアルタイムに補正し、単一光子干渉による分離されたイオンノード間の2段階の絡み合い発生のための2段階の励起プロトコルを容易にする。 検出された光子速度は約1MHzで、デューティサイクルは6.5%以下であり、このシステムは10kmと100kmのファイバーリンクに対して97%以上の干渉可視性を維持している。 この位相制御は、パリティコントラストが85%を超える決定論的イオン-イオン絡み合いをもたらし、デバイス非依存の量子鍵分布を可能にする。 さらに、10kmのメモリメモリの絡み合いは、量子リピータの基本的な要件である、それを確立するのに必要な平均時間を超えている。 この研究は、実用的な長距離量子ネットワークの堅牢でスケーラブルな基盤を確立する。

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