被动量子互联:以更高信度、更低开销实现高速量子网络

高保真、高速率的量子互连是规模化量子技术的基础构件。与传统基于光子发射和双光子干涉的主动协议相比,腔辅助光子散射(CAPS)方法具有显著优势:在保持无需复杂原子激发序列或模块间同步的被动操作特性的同时,提供了更高的成功概率和对缺陷的固有鲁棒性。尽管存在这些优势,由于现有协议和分析框架中预估的CAPS网络保真度和速率存在严重局限,该方法始终未成为量子互连协议的主要选择。该工作通过结合原子-腔动力学深入分析的协议改进,证明现有或近期的光学腔品质已足够实现0.999保真度,并满足高速网络所需的短光脉冲要求。研究证实了高效时分复用操作可实现串扰抑制,从而支持高速纠缠态生成。该团队还提出结合光子发射与CAPS门的混合网络架构,在保持性能与鲁棒性的同时消除对外部光子源的依赖。以200个耦合于内禀合作度为100的光学腔的171Yb原子为例,预计可实现4×105 s-1的原子-原子纠缠生成速率(保真度0.999),通过多波长通道应用还有望突破106 s-1。这些成果确立了CAPS网络协议作为量子信息平台扩展的核心候选方案。

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