Opis projektu
Zwiększanie dystansu dzięki nowej architekturze wzmacniaczy
Ruch elektronów i fotonów pozwala na przekazywanie informacji w konwencjonalnych elektronicznych i optycznych systemach komunikacji. W praktyce informacje i dane są przenoszone na olbrzymie odległości dzięki ruchom tych niewielkich cząstek w naziemnych, podziemnych i podmorskich przewodach elektrycznych oraz światłowodach. Komunikacja kwantowa wykorzystuje zjawiska splątania kwantowego i teleportacji, pozwalając na przesyłanie materii oraz energii pomiędzy dwoma miejscami bez konieczności fizycznego pokonywania odległości. Podobnie jak w przypadku konwencjonalnych technologii wzmacniacze stanowią rodzaj węzłów, dzięki którym sygnały mogą przemierzać olbrzymie odległości, komunikacja kwantowa opiera się na wzmacniaczach kwantowych. Dotychczas pojawiły się dwie główne koncepcje umożliwiające budowy wzmacniaczy kwantowych, jednak dotychczas nie została zbadana możliwość wykorzystania ich w roli hybrydowego układu łączącego korzyści obu spośród nich. Uczestnicy finansowanego przez Unię Europejską projektu QUREP zamierzają zrealizować taki układ dzięki połączonym badaniom teoretycznym i doświadczalnym, w ramach których zajmą się połączonym układem dwóch różnych elementów półprzewodnikowych na potrzeby komunikacji kwantowej.
Cel
At the heart of all anticipated network-based quantum applications lies the requirement to establish quantum communication between individual network nodes over long distances. Quantum communication exceeding 100 km requires so-called quantum repeaters to extend communication beyond this limit. Mainly two types of quantum repeater schemes are being investigated: Quantum-memory-based schemes for long-distant entanglement generation and photonic encoding-based schemes for fast secure quantum communication. To date, both schemes have only been considered individually, however, a hybrid approach could overcome their distinct limitations and benefit from individual advantages. How such a system could be realized remains an open question.
This project addresses the challenges, benefits, and resource requirements for a hybrid architecture of interconnected photonic-cluster-state-based and quantum-memory-based quantum repeaters. In a theoretical study, cost parameters of such a hybrid quantum repeater for realistic system properties will be determined for the first time. Experimentally, electron spin coupled quantum dot single photon sources will be employed as resource for multi-photon cluster state generation. In parallel, a new type of quantum memory—the SnV defect in diamond, will serve to demonstrate remote entanglement. Finally, these two disparate systems will be interconnected via frequency conversion and Bell-measurements—to demonstrate cross-platform entanglement. Investigating for the first time an interconnected system of two disparate solid-state resources for quantum communication will stimulate ground-breaking research towards hybrid quantum repeater architectures.
All three objectives will benefit from the PI’s recent expertise in spectroscopy, spin control, and nanofabrication of gallium arsenide quantum dots and diamond defect centres in integrated photonic structures.
Dziedzina nauki
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-STG - Starting GrantInstytucja przyjmująca
10117 Berlin
Niemcy