論文の概要: Remote state preparation of a single-spin state via hybrid spin-photon entanglement

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.00832v1
• Date: Wed, 30 Sep 2026 23:43:42 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-03 01:19:23.807945
• Title: Remote state preparation of a single-spin state via hybrid spin-photon entanglement
• Title（参考訳）: ハイブリッドスピン光子絡み合いによる単一スピン状態のリモート状態形成
• Abstract要約: 定常電子スピン量子ビットのための遠隔状態準備プロトコルを提案する。 我々は, コヒーレント状態の非直交性, 繊維損失, スピンデファス化が調製フィディティに及ぼす影響を解析的に定量化した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.7037008937757393
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Remote state preparation is a fundamental quantum-information protocol that exploits prior knowledge of a target state to reduce the communication resources required for quantum-state distribution. Here, we propose a remote-state-preparation protocol for a stationary electron-spin qubit using hybrid entanglement between the electron spin and a coherent-state light pulse, generated by spin-dependent reflection from a spin-cavity system. Unlike single-photon encodings, the coherent-state encoding is naturally tolerant of photon loss: a loss channel attenuates the coherent-state amplitude, leading to a gradual reduction in preparation fidelity rather than probabilistic protocol failure. The central difficulty---implementing the projection onto superpositions of nonorthogonal coherent states required in the conventional protocol---is circumvented by coupling the transmitted pulse to an auxiliary spin, followed by homodyne detection and a spin projective measurement. The protocol therefore avoids direct coherent-state-superposition measurements and photon-number-resolving detection. In the ideal limit, deterministic preparation of a particular class of target states can be achieved using only one bit of classical communication. We analytically quantify the effects of coherent-state nonorthogonality, fiber loss, and spin dephasing on the preparation fidelity. Increasing the coherent-state amplitude improves state distinguishability and hence the preparation fidelity, but also enhances which-branch information leakage caused by photon loss, resulting in an optimal amplitude at each transmission distance. For experimentally relevant parameters, the optimized average fidelity remains well above the classical benchmark over distances of tens of kilometers. We also discuss a possible implementation using diamond nitrogen-vacancy centers.
• Abstract（参考訳）: リモート状態準備は、ターゲット状態の事前知識を利用して、量子状態分布に必要な通信資源を削減する基本的な量子情報プロトコルである。 本稿では,スピン-キャビティ系からのスピン依存反射によって生じる電子スピンとコヒーレント状態光パルスとのハイブリッド絡み合いを用いた定常電子スピン量子ビットの遠隔状態準備プロトコルを提案する。 単一光子符号化とは異なり、コヒーレント状態符号化は自然に光子損失に耐性があり、損失チャネルはコヒーレント状態の振幅を減衰させ、確率的プロトコルの失敗よりも徐々に準備の忠実度を減少させる。 従来のプロトコルで必要とされる非直交コヒーレント状態の重畳へのプロジェクションの実装は、送信パルスを補助スピンに結合し、ホモダイン検出とスピン投影測定によって回避される。 したがって、このプロトコルは直接コヒーレント状態重畳測定と光子数分解検出を回避している。 理想的な極限では、特定の対象状態のクラスの決定論的準備は古典的なコミュニケーションの1ビットだけを用いて達成できる。 我々は, コヒーレント状態の非直交性, 繊維損失, スピンデファシングが調製フィディティに及ぼす影響を解析的に定量化した。 コヒーレント状態振幅の増大は、状態の識別性を改善し、そのため、調製フィダリティを向上させるとともに、光子損失に起因するどのブランチ情報リークも向上し、各伝送距離における最適な振幅をもたらす。 実験的に関連するパラメータについて、最適化された平均忠実度は、数十kmの距離で古典的なベンチマークよりはるかに上である。 また,ダイヤモンド窒素空孔中心を用いた実装の可能性についても論じる。

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