Verschränkung von nanophotonischen Quanten- µm -Speicherknoten in einem Telekommunikationsnetzwerk

Can M. Knaut, Aziza Suleymanzade, Yan-Cheng Wei, Daniel R. Ass µm pcao, Pieter-Jan Stas, Yan Qi Huan, Bartholomeus Machielse, Erik N. Knall, Madison Sutula, Gefen Baranes, Neil Sinclair, Chawina De-Eknamkul, David S. Levonian, Mihir K. Bhaskar, Hongkun Park, Marko Lončar, Mikhail D. Lukin

Abstrakt

Eine zentrale Herausforderung bei der Realisierung praktischer µm Netzwerke für die µm Kommunikation über große Entfernungen ist die robuste Verschränkung zwischen µm -Speicherknoten, die über eine Glasfaserinfrastruktur verbunden sind. Wir demonstrieren hier ein Zwei-Knoten µm Netzwerk, bestehend aus Multi-Qubit-Registern auf Basis von Silizium-Fehlstellen-Zentren (SiV-Zentren) in nanophotonischen Diamantresonatoren, integriert in ein Telekommunikations-Glasfasernetz. Die Fernverschränkung wird durch die resonatorverstärkte Wechselwirkung zwischen den Elektronenspin-Qubits der SiV-Zentren und optischen Photonen erzeugt. Serielle, angekündigte Spin-Photonen-Verschränkungsgatteroperationen mit Zeitfenster-Qubits werden für die robuste Verschränkung getrennter Knoten verwendet. Langlebige Kernspin-Qubits ermöglichen die sekundenlange Speicherung von Verschränkung und die integrierte Fehlererkennung. Durch die Integration einer effizienten bidirektionalen Quanten- µm Frequenzkonvertierung von photonischen Kommunikations-Qubits auf Telekommunikationsfrequenzen (1350 nm) demonstrieren wir die Verschränkung zweier Kernspin-Speicher mittels 40 km langer Spulen verlustarmer Glasfaser und einer 35 km langen Glasfaserschleife, die im urbanen Umfeld von Boston eingesetzt wird. Dies stellt einen wichtigen Schritt hin zu praktischen Quanten- µm Repeatern und großflächigen Quanten- µm -Netzwerken dar.