論文の概要: Fiber-integrated Quantum Frequency Conversion for Long-distance Quantum Networking

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.23444v1
• Date: Sat, 25 Apr 2026 21:04:40 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-28 17:12:07.346132
• Title: Fiber-integrated Quantum Frequency Conversion for Long-distance Quantum Networking
• Title（参考訳）: 長距離量子ネットワークのためのファイバ積分量子周波数変換
• Authors: Zhichuan Liao, Ao Shen, Lai Zhou, Nan Jiang, Zhiliang Yuan,
• Abstract要約: 量子周波数変換(QFC)は、テレコムバンドチャネルで量子ノードをブリッジする効果的な光インターフェースを提供する。 低雑音・高信号-雑音比(SNR)を有する小型ファイバ集積QFCシステムの実証を行った。 これらの結果は、スケーラブルで長距離の量子ネットワークのためのQFCシステムの可能性を浮き彫りにしている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.1909047271409925
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Signal photons emitted by quantum nodes typically fall outside the low-loss telecom window of optical fibers, leading to severe transmission losses. Quantum frequency conversion (QFC) offers an effective optical interface that bridges quantum nodes with telecom-band channels, enabling long-distance quantum communication. In this work, we demonstrate a compact, fiber-integrated QFC system with low noise and a high signal-to-noise ratio (SNR). Using a periodically poled lithium niobate (PPLN) waveguide, input photons at 637.2 nm are down-converted to telecom photons at 1588.3 nm. Our system achieves a total conversion efficiency of approximately 9%, with pump-induced noise suppressed to 154 Hz. For input photon rates of 32.7, 118.0, and 327.7 kHz, the corresponding SNRs are 12.3, 43.9, and 117.8, respectively. We further develop a theoretical model to simulate the entanglement fidelity between nitrogen-vacancy (NV) center spins and the frequency-converted telecom photons. At the emission rate of an NV center, our QFC system maintains an expected fidelity exceeding 52% over a transmission distance of 100 km. These findings highlight the potential of our QFC system for scalable, long-distance quantum networking.
• Abstract（参考訳）: 量子ノードによって放出される信号光子は、通常、光ファイバーの低損失の通信窓の外に落ち、大きな伝送損失をもたらす。 量子周波数変換(QFC)は、テレコムバンドチャネルで量子ノードをブリッジし、長距離量子通信を可能にする効果的な光学インタフェースを提供する。 本研究では,低雑音・高信号-雑音比(SNR)を有する小型ファイバ集積QFCシステムについて述べる。 周期的にポーリングされたニオブ酸リチウム(PPLN)導波路を用いて、637.2nmの入力光子は1588.3nmの通信光子にダウンコンバートされる。 本システムでは、ポンプ誘起ノイズを154Hzに抑制し、変換効率を約9%向上させる。 入力光子レート32.7, 118.0, 327.7 kHzの場合、対応するSNRはそれぞれ12.3, 43.9, 117.8である。 さらに,窒素空孔中心スピンと周波数変換光子との絡み合いの忠実度をシミュレートする理論モデルを構築した。 我々のQFCシステムは、NV中心の放出速度において、100kmの伝送距離で52%を超える予測忠実度を維持している。 これらの結果は、スケーラブルで長距離の量子ネットワークのためのQFCシステムの可能性を浮き彫りにしている。

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