Long-distance quantum communication with single solid-state spins
Notice bibliographique
Résumé
Long-distance transfer of quantum information is an essential ability for many applications of quantum science. A natural choice to distribute quantum information is to encode it into photons and transfer it through optical fibers. However, due to the unavoidable transmission losses present in every communication channel, the distances for efficient quantum communication via direct-state transfer are limited to a few hundred kilometers. To overcome this limitation, the use of quantum repeaters has been suggested. A quantum repeater protocol aims to establish entanglement (i.e., quantum correlation) between remote nodes by first generating entanglement over shorter distance pieces, storing it in quantum memories, and finally extending it to the whole distance using entanglement swapping. The main goal of this thesis is to design quantum repeater architectures using single solid-state quantum emitters and to develop the two-qubit gates required for performing entanglement swapping. We first explain the basic ideas of quantum repeaters and introduce potential material candidates, single erbium (168Er) and europium (151Eu) ions doped yttrium orthosilicate photonic crystals. Next, we propose a quantum repeater scheme combing erbium and europium ions to generate and distribute entanglement over long distances. We study the entanglement generation rate of the protocol and compare it with the rate of a well-known ensemble-based quantum repeater. Then, using cavity assisted interactions, we propose three different schemes to perform high fidelity two-qubit gates between single quantum systems. We quantify their expected performance in detail by taking into account many realistic imperfections and compare their strengths and weaknesses. The ability to perform local two-qubits gates is especially crucial in terms of distributing entanglement. Finally, based on our gained knowledge through these projects, we propose our second quantum repeater architecture based on erbium (167Er) ions, which outperforms the first scheme. We study two possibilities for distributing entanglement and calculate the overall fidelity as well as the distribution rate of the protocol.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,000 |
| Communication savante | 0,002 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,004 | 0,002 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; les deux têtes enseignantes s’accordent sur ce qui est montré ici.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».