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可编程的自旋阵列用于可扩展的量子中继器。

Field programmable spin arrays for scalable quantum repeaters.

机构信息

Research Laboratory of Electronics, M.I.T., 50 Vassar Street, Cambridge, MA, 02139, USA.

Department of Electrical Engineering and Computer Science, M.I.T., Cambridge, MA, 02139, USA.

出版信息

Nat Commun. 2023 Feb 9;14(1):704. doi: 10.1038/s41467-023-36098-8.

DOI:10.1038/s41467-023-36098-8
PMID:36759601
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9911411/
Abstract

The large scale control over thousands of quantum emitters desired by quantum network technology is limited by the power consumption and cross-talk inherent in current microwave techniques. Here we propose a quantum repeater architecture based on densely-packed diamond color centers (CCs) in a programmable electrode array, with quantum gates driven by electric or strain fields. This 'field programmable spin array' (FPSA) enables high-speed spin control of individual CCs with low cross-talk and power dissipation. Integrated in a slow-light waveguide for efficient optical coupling, the FPSA serves as a quantum interface for optically-mediated entanglement. We evaluate the performance of the FPSA architecture in comparison to a routing-tree design and show an increased entanglement generation rate scaling into the thousand-qubit regime. Our results enable high fidelity control of dense quantum emitter arrays for scalable networking.

摘要

量子网络技术需要对数千个量子发射器进行大规模控制,但目前的微波技术受到功耗和串扰的限制。在这里,我们提出了一种基于可编程电极阵列中密集排列的金刚石色心(CC)的量子中继器架构,通过电或应变场驱动量子门。这种“场可编程自旋阵列”(FPSA)能够以低串扰和低功耗的方式实现单个 CC 的高速自旋控制。集成在用于有效光耦合的慢光波导中,FPSA 充当光介导纠缠的量子接口。我们评估了 FPSA 架构与路由树设计相比的性能,并展示了在千量子位规模下增加的纠缠生成速率。我们的研究结果为可扩展网络中密集量子发射器阵列的高保真控制提供了可能。

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