論文の概要: Toward Scalable Heterogeneous Quantum Networks: Microwave-Optical Transduction Across Platforms

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.26976v1
• Date: Tue, 26 May 2026 13:01:51 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-27 17:51:42.171293
• Title: Toward Scalable Heterogeneous Quantum Networks: Microwave-Optical Transduction Across Platforms
• Title（参考訳）: スケーラブルな不均一量子ネットワークを目指して:プラットフォーム間のマイクロ波光伝送
• Authors: Tarvir Anjum Aditto, Jaiyan Sadid Ifty, Khondokar Zahin,
• Abstract要約: 光学・電気光学・磁気光学プラットフォームにおけるマイクロ波-光量子トランスダクションの進歩を概観する。 オプトメカニカルシステムは、ミリケルビン温度で0.25Quantaのノイズを付加して93%のフォノン-フォトン効率を達成する。 LiNbO3とAlNをベースとした電気光学デバイスは、室温効率が1%以下からミリケルビン系へと進歩し、内部効率は99.5%に近づいた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The development of scalable quantum networks requires coherent interfaces capable of converting microwave photons used in superconducting quantum processors into optical photons suitable for long-distance fiber transmission. This review surveys recent progress in microwave-to-optical quantum transduction across optomechanical, electro-optic, and magneto-optic platforms, with emphasis on conversion efficiency, bandwidth, added noise, and operating temperature. In addition to standard metrics, we propose the internal efficiency eta_in and the magnon decay rate kappa_m/2pi as normalized parameters that enable fairer comparison across heterogeneous implementations. Optomechanical systems achieve internal phonon-to-photon efficiencies of 93% with sub-quantum added noise of 0.25 quanta at millikelvin temperatures. Electro-optic devices based on LiNbO3 and AlN have advanced from room-temperature efficiencies below 1% to millikelvin systems with internal efficiencies approaching 99.5%, added noise as low as 0.16 quanta at 60 mK, and bandwidths extending to several tens of megahertz. Magneto-optic (optomagnonic) platforms exhibit the lowest efficiencies (typically $10^{-10}$ to $10^{-8})$, but offer intrinsic non-reciprocity and broadband magnonic operation, with emerging approaches based on topological heterostructures and magnon squeezing predicting enhancements up to $10^{-4}$. Optomechanical systems appear promising for high-fidelity quantum state transfer, electro-optic transducers for high-bandwidth coherent links, and magneto-optic devices for non-reciprocal network components. We discuss the fundamental trade-off between efficiency and added noise across all three platforms, and argue that heterogeneous microwave-optical transduction is emerging as a key enabling technology for distributed quantum computing and large-scale quantum networks.
• Abstract（参考訳）: スケーラブルな量子ネットワークの開発には、超伝導量子プロセッサで使用されるマイクロ波光子を長距離光ファイバー伝送に適した光子に変換するコヒーレントインターフェースが必要である。 本稿では,光,電気光学,磁気光学プラットフォームにおけるマイクロ波-光量子トランスダクションの最近の進歩を概観し,変換効率,帯域幅,ノイズの追加,動作温度に着目した。 標準メトリクスに加えて、不均一な実装間でより公平な比較を可能にする正規化パラメータとして、内部効率eta_inとマグノン崩壊率kappa_m/2piを提案する。 オプトメカニカルシステムは、ミリケルビン温度で0.25Quantaのノイズを付加して93%のフォノン-フォトン効率を達成する。 LiNbO3とAlNをベースとした電気光学デバイスは、室温効率が1%以下から、内部効率が99.5%に近づいたミリケルビン系、ノイズを0.16kk/60mK、帯域幅を数十メガヘルツに拡大した。 磁気光学(オプトマグノニクス)プラットフォームは、最も低い効率(典型的には10^{-10}$から10^{-8})を示すが、固有の非相互性およびブロードバンド・マグノニクス演算を提供し、トポロジカルなヘテロ構造に基づく新たなアプローチと、最大10^{-4}$までの拡張を予測できるマグノンスクイージング(Magnon squeezing)が現れる。 光学系は、高忠実な量子状態転送、高帯域コヒーレントリンクのための電気光学トランスデューサ、非相互ネットワークコンポーネントのための磁気光学デバイスを約束しているように見える。 本稿では, 分散量子コンピューティングと大規模量子ネットワークの鍵となる技術として, 不均一マイクロ波光伝送が出現しつつあることを論じる。

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