量子物理学：マルチモード固体量子メモリー間の通信波長の伝令付きエンタングルメント

将来の量子ネットワークによって、遠く離れた場所の間でエンタングルメントを配送できるようになり、量子通信、量子センシング、分散量子計算における応用が可能になる。こうしたネットワークの核心にあるのは、相互接続された遠隔量子ノードにおいてエンタングルメントを生成し、記憶できる能力である。これまで、さまざまな遠隔物理系でエンタングルメントに成功しているが、こうした実現はいずれも、通信波長との互換性やマルチモード動作など、ネットワーク動作の必要条件を全て満たしているわけではない。今回我々は、空間的に離れた2つの量子ノードの間で伝令付きエンタングルメントを実証したことを報告する。これらの量子ノードでは、マルチモード固体量子メモリーにエンタングルメントが記憶される。各ノードではプラセオジムをドープした結晶が相関対の一方の光子を記憶しており、もう一方の光子は通信波長である。異なる実験室に配置された量子メモリーの間のエンタングルメントは、最高1.4 kHzの速度で通信光子を検出することによって伝令され、このエンタングルメントはあらかじめ決められた最長25 μsの記憶時間の間、結晶内に記憶された。我々はまた、生成されたエンタングルメントが、伝令経路における損失に対してロバストであることを示すとともに、時間多重化された動作を62個の時間モードで実証した。今回の実現は、より長距離でのエンタングルメントに拡張でき、固体リソースに基づいた、現場に配置する多重化量子リピーターへの実行可能な道筋となる。

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