インサイダーブリーフ
- 研究者は、通信波長光子と室温量子記憶の間の絡み合いを達成し、大規模な量子ネットワークの実用的なアプローチを実証しました。
- システムは、極低温冷却または複雑な周波数変換なしで動作し、高いエンタングルメントの忠実度を維持しながら、既存の光ファイバーインフラストラクチャと互換性があります。
- 原子拡散は現在貯蔵時間を制限していますが、和解抗コーティングされた蒸気細胞などの改善案は、長距離エンタングルメント分布を促進する可能性があります。
のチーム qunnect 研究者は、通信波長光子と室温量子記憶の間の絡み合いを実証し、スケーラブルな量子ネットワークへの別のステップをマークしています。で公開された研究 プリプリントサーブArxiv、システムが最大90.2％の信頼性で量子メモリを伴う通信波長光子を正常に巻き込むと報告しています。このシステムは、80％の精度で1秒あたり1,200個の絡み合った光子メモリペアを生成できます。つまり、実用的な量子ネットワークを構築するための重要なステップである信頼できる量子リンクの安定したストリームが作成されます。
既存の光ファイバーインフラストラクチャによるエンタングルメントの分布は、大規模な量子通信の前提条件となりますが、距離の制約と信号損失は長い間進行を妨げています。量子リピーター – 絡み合った光子を保存および再送信するデバイス – は、これらの障壁を克服するために不可欠であると考えられています。この新しい研究では、室温のルビジウム蒸気に基づいたアプローチを提示し、従来の極低温またはレーザー冷却システムに代わるよりシンプルでスケーラブルな代替品を提供します。
「私たちの部屋温度システムの技術的なシンプルさと堅牢性は、現実的な設定で大規模な量子ネットワークを展開するための道を開きます」と研究者は彼らの論文に書いています。
量子周波数変換の必要性を排除することにより、システムは光子源と量子記憶の間のネイティブの互換性を維持し、量子ネットワークアーキテクチャの複雑さを減らします。報告されたエンタングルメントの忠実度は、最先端のコールドアトムシステムで見られるレベルに近づいている一方で、運用上のオーバーヘッドを大幅に削減します。システムを効率的に実行するために必要な余分な時間、エネルギー、またはリソースは、運用上のオーバーヘッドと呼ばれ、量子ネットワークでは、オーバーヘッドが低いことは、費用のかかる遅延や冷却要件なしでより速く、より実用的な通信を意味します。
方法と実験セットアップ
この研究は、論文によると、光子生成と量子記憶の両方についてルビジウム-87蒸気に依存していた。研究者は、4波混合プロセスを使用して、絡み合った光子ペアを生成し、1つは通信バンド（1324 nm）に、もう1つは近赤外帯（795 nm）にある光子がありました。通信光子は光ファイバーチャネルを通して送信され、近赤外光子は電磁誘導性透明性を使用してルビジウムベースの量子メモリに保存されました。
パフォーマンスをベンチマークするために、研究者は量子状態断層撮影を通じてエンタングルメントの忠実度を測定しました。このシステムは、86.5％の絡み合いの忠実度を達成し、理論的な最大90.2％を獲得しました。フォトンメモリのエンタングルメントレートは1秒あたり1,200ペアを超えており、他の主要な量子メモリプラットフォームと競合するレートです。
「当社のアプローチは、絡み合った光子ペア生成と光子貯蔵の両方に同一の原子システムを活用し、通信光子（1324 nm）と量子周波数変換（QFC）などの追加リソースのない量子メモリ間の絡み合いを直接確立します」とチームは書いています。
利点と課題
極低温冷却または複雑なレーザー冷却セットアップを必要とする他の量子メモリプラットフォームとは異なり、ルビジウム蒸気ベースのシステムは室温で動作します。この利点により、特に既存のインフラストラクチャとの統合が優先事項である電気通信ネットワークでは、実際の展開により実行可能になります。
もう1つの利点は、量子メモリの高いデューティサイクルです。 「私たちのシステムでは、メモリ操作の準備のオーバーヘッド – メモリが動作に利用できないダウンタイムは無視できます。唯一の必要なステップは、1マイクロ秒未満の光ポンプです。
対照的に、コールドアトムベースのメモリは、より長い冷却時間を必要とするため、ネットワーク化された環境での継続的な動作には実用性が低くなります。
ただし、この研究では、制限のいくつかも説明しています。現在原子拡散によって制限されている量子記憶のコヒーレンス時間は、長距離エンタングルメント分布を制約します。研究者は、大規模な量子ネットワークには、最大3マイクロ秒のユーティリティ時間を達成しましたが、一部のアプリケーションでは十分ですが、ストレージ時間が長くなります。
チームは、高帯域幅を維持しながら、緩和抗療法でコーティングされた蒸気細胞を使用すると、コヒーレンス時間を大幅に改善できることを示唆しています。
将来の方向
この研究では、実用的な量子リピーターの基礎を築きますが、さらなる最適化が必要であることを認めています。レーザー出力を増やすとメモリ帯域幅が改善される可能性がありますが、フィルター設計を優れていると、信号対雑音比が向上する可能性があります。
「現在の制限は、原子拡散のみに由来しています。これは、高い帯域幅の性能を維持しながら、和解コーティングされた蒸気細胞を介して対処できます」と研究者は述べています。
研究者はまた、この技術をフィールドトライアルで展開する可能性を指摘しており、以前の研究ではメトロポリタンスケールのネットワーキングテストベッドで暖かい蒸気ベースのデバイスがすでに実証されていることに注目しています。継続的な開発により、これらの量子リピーターは将来の量子通信インフラストラクチャに不可欠になり、安全なグローバル量子ネットワーキングを可能にします。
研究者の研究をより技術的に見るために、 Arxivに関する論文を確認してください。研究者はしばしば、ARXIVなどのプリプリントサーバーで公開することを選択して、作業に関するより速いフィードバックを受け取りますが、科学的方法の重要なステップである公式にはピアレビューされていません。
Qunnect Researchチームには、Yang Wang、Alexander N. Craddock、Jaeda M. Mendoza、Rourke Sekelsky、Mael Flamentが含まれていました。
