論文の概要: Single-atom-based asynchronous photonic interconnect for scalable modular quantum computing
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.21961v2
- Date: Tue, 22 Sep 2026 18:40:40 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-25 00:05:17.649507
- Title: Single-atom-based asynchronous photonic interconnect for scalable modular quantum computing
- Title（参考訳）: スケーラブルなモジュラ量子コンピューティングのための単一原子系非同期フォトニック配線
- Abstract要約: 我々は、高精細な空洞に閉じ込められた単一原子を介して、ロバストな光子-原子制御のZ$ゲートを用いて、メモリアシスト量子相互接続を解析する。
我々は、第1プロセッサとの原子の絡み合いの減衰を考慮した、現実的なパラメータの下での絡み合い率を導出する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Scaling quantum computation beyond the capacity of a single quantum processing unit requires quantum interconnects between modular processors. Optical photons are natural carriers for distributing entanglement between these processors. Most loss-resilient protocols use photonic Bell-state measurements based on the linear-optics type-II fusion gate. The resulting entanglement rate scales quadratically with each processor's typically low photon-delivery probability. Here we analyze a memory-assisted quantum interconnect using a near-deterministic, robust photon--atom controlled-$Z$ gate via a single atom trapped in a high-finesse cavity. Detecting and measuring a photon from one processor heralds entanglement between that processor and the atom. This entanglement is preserved while the process repeats with the second processor until the second photon is detected and measured. Reading out the atomic qubit finalizes the entanglement between the processors. As the entanglement is mediated by the atom, the photons from both processors do not need to be indistinguishable, removing a major source of infidelity. Furthermore, by removing the simultaneous photon-arrival requirement, the protocol allows the entanglement rate to scale linearly rather than quadratically with photon-arrival probability over a wide parameter range. We derive entanglement rates under realistic parameters, accounting for decay of the atom's entanglement with the first processor and for decoherence caused by unheralded photon interactions. The nanosecond-scale of the gate and read-out operations leads to orders-of-magnitude entanglement-rate gain over linear optics, removing a key bottleneck in modular quantum computing.
- Abstract（参考訳）: 単一の量子処理ユニットの容量を超える量子計算をスケールするには、モジュラープロセッサ間の量子相互接続が必要である。
光光子は、これらのプロセッサ間の絡み合いを分散するための自然なキャリアである。
ほとんどの損失耐性プロトコルは、線形光学タイプ-II融合ゲートに基づくフォトニックベル状態測定を使用する。
結果として生じる絡み合い速度は、各プロセッサの通常低い光子配信確率と2次的にスケールする。
ここでは、ほぼ決定論的で堅牢な光子-原子制御-Z$ゲートを用いて、メモリアシスト型量子相互干渉を解析する。
1つのプロセッサから光子を検知し、測定すると、そのプロセッサと原子の間の絡み合いが生じる。
この絡み合いは、第2の光子が検出され測定されるまで第2のプロセッサで繰り返す間に保存される。
原子量子ビットを読み出すと、プロセッサ間の絡み合いが確定する。
絡み合いは原子によって媒介されるため、両方のプロセッサの光子は区別不能である必要はなく、主要な不完全性源を除去する。
さらに、同時光子到着要求を除去することにより、広いパラメータ範囲で光子到着確率の2乗よりも、絡み合い率を線形にスケールすることができる。
我々は、現実的なパラメータの下での絡み合い速度を導出し、原子の絡み合いが第1のプロセッサと崩壊したことと、非共有光子相互作用によって引き起こされるデコヒーレンスを考慮に入れた。
ゲートとリードアウト操作のナノ秒スケールは、線形光学のオーダー・オブ・マグニチュード・エンタングルメント・レートの上昇をもたらし、モジュラー量子コンピューティングにおける重要なボトルネックを取り除く。
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