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量子物理学：フォトニックキュービットの非破壊検出
Nature 591, 7851 doi: 10.1038/s41586-021-03290-z
実験的な量子情報における最大の課題の1つは、キュービットの脆弱な重ね合わせ状態を維持することである。物質的なキュービット担体をメモリーとして使う場合には、少なくとも原理的には長い寿命を実現できるが、吸収、回折、散乱によって急速に失われる伝播光子ではそうはいかない。この損失の問題は、符号化されたキュービットを破壊することなく光子を伝令する、非破壊型フォトニックキュービット検出器によって緩和できる。そうした検出器は、フォトニックキュービットの配布の成功に依存して分散タスクが成り立つようなプロトコルを容易にし、損失に敏感なキュービット測定を向上させ、特定の量子鍵配送攻撃を可能にすると想定されている。今回我々は、交差させた2本の光ファイバーを用いた光共振器中の単一原子に基づく、そうした検出器を実証する。2本の光ファイバーのうち、1本はキュービットに感度のない原子–光子結合用で、もう1本は原子状態検出用である。我々は、この検出器で、79 ± 3％のキュービット生存率、31 ± 1％のフォトン生存率という非破壊検出効率を達成し、96.2 ± 0.3％の忠実度でキュービット情報を保持した。我々は、今回の検出器が、現状のパラメーターで、以前の方法と比べて長距離エンタングルメントと量子状態配信の速度と忠実度を向上させることができ、キュービット増幅を介したリソース最適化と、検出抜け穴のないベル試験を実現できることを示して、この検出器の潜在能力を例証する。
