量子物理
[提交于 2025年7月1日
(v1)
,最后修订 2025年7月4日 (此版本, v2)]
标题: 被动量子互连:以更少的开销实现更高速率的高保真量子网络
标题: Passive Quantum Interconnects: High-Fidelity Quantum Networking at Higher Rates with Less Overhead
摘要: 高保真、高速量子互连是可扩展量子技术的基本构建模块。腔辅助光子散射(CAPS)方法是一种有吸引力的替代方案,与基于光子发射和双光子干涉的常用主动协议不同:它提供了更高的成功概率和对缺陷更大的内在鲁棒性,同时保持被动操作,不需要复杂的原子激发序列或模块间同步。尽管有这些优势,由于现有协议和分析框架中估计的CAPS网络保真度和速率受到严重限制,CAPS并未成为量子互连协议的主要选择。在本工作中,我们通过协议改进消除了这些限制,通过对原子-腔动力学的深入分析,证明现有的或近期的光学腔质量足以实现0.999的保真度,满足高速网络所需的短光脉冲。我们表明,可以通过抑制串扰实现高效的时间复用操作,从而实现高速纠缠生成。我们还提出了一种混合网络配置,结合光子发射和CAPS门,无需外部光子源即可保持性能和鲁棒性。作为一个具体例子,当200个${}^{171}$Yb原子耦合到内部合作度为100的腔时,估计在0.999的保真度下,原子-原子纠缠生成速率为$4 \times 10^5~\mathrm{s}^{-1}$,通过使用多个波长信道,预计速度可以进一步提升到$10^6~\mathrm{s}^{-1}$以上。我们的结果确立了基于CAPS的网络协议作为扩展量子信息平台的首选候选方案。
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