量子物理学：マルチエミッター量子ネットワークノードの多重化エンタングルメント

遠隔ノード間でエンタングルメントを分配する量子ネットワークは、量子コンピューティング、量子通信、量子センシングの分野における革新的な技術の扉を開け放つ。しかし、最先端のネットワークでは、1つのノード当たり、光学的にアドレスされた1つのキュービットしか使用されておらず、これが、量子通信の帯域幅とメモリーリソースの両方を制約し、スケーラビリティーを大きく妨げている。固体プラットフォームは、ナノスケールの体積中にスペクトル的に識別可能な複数のキュービットをホストできる多重化量子ネットワーキングに、貴重なリソースを提供する。今回我々は、ナノフォトニック共振器に結合させた複数の希土類イオンからなる2ノードネットワークを実装することによって、このリソースを利用した。これは、識別可能な¹⁷¹Ybイオンを、リアルタイム量子フィードフォワードと組み合わせた周波数消去光子検出によってエンタングルさせるプロトコルを用いて達成された。この方法は、固体エミッターに普遍的な難題である、1回のエンタングルメントの試みよりも長い時間スケールで発生する遅い光周波数ゆらぎに対してロバストである。我々は、このマルチエミッターノードの増強された機能性を、2通りの方法で実証した。第一に、2組の遠隔イオン対に多重化エンタングルメントを生じさせることにより、エンタングルメント分配速度のボトルネックを緩和した。第二に、3つの識別可能なイオンからなる多者間W状態を、先進的な量子ネットワーキングプロトコル用のリソースとして用意した。これらの結果は、希土類イオンを用いたスケーラブルな量子ネットワーキングの基礎となるものである。

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