Квантовые повторители: текущие разработки и перспективы

Cover Page
  • Authors: Калачев А.А.1
  • Affiliations:
    1. Федеральный исследовательский центр «Казанский научный центр РАН»
  • Issue: Vol 53, No 8 (2023)
  • Pages: 609-621
  • Section: Обзоры (по материалам xlvii вавиловских чтений по люминесценции, москва, 12 апреля 2023 г.)
  • URL: https://bakhtiniada.ru/0368-7147/article/view/255478
  • ID: 255478

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Описываются принципы работы квантового повторителя – устройства, предназначенного для распределения запутанных состояний квантовых систем на большие расстояния. Представлен обзор последних достижений в области экспериментальной реализации простейшего его варианта – квантового повторителя первого поколения, а также в области разработки ключевого его компонента – квантовой памяти. Обсуждаются ближайшие и долгосрочные перспективы развития исследований в этой области.

About the authors

А. А. Калачев

Федеральный исследовательский центр «Казанский научный центр РАН»

Author for correspondence.
Email: a.a.kalachev@mail.ru
Russian Federation, Казань, ул. Лобачевского, 2/31, 420111

References

  1. Kimble H.J. Nature, 453, 1023 (2008).
  2. Wehner S., Elkouss D., Hanson R. Science, 362, eaam9288 (2018).
  3. Fang K., Zhao J., Li X., Li Y., Duan R. Sci. China Inf. Sci., 66, 180509 (2023).
  4. Zapatero V., van Leent T., Arnon-Friedman R., et al. npj Quantum Inf., 9, 10 (2023).
  5. Cirac J.I., Ekert A.K., Huelga S.F., et al. Phys. Rev. A, 59, 4249 (1999).
  6. Cuomo D., Caleffi M., Cacciapuoti A.S. IET Quantum Commun., 1, 3 (2020).
  7. Broadbent A., Fitzsimons J., Kashefi E. Proc. the 50th Annual Symposium on Foundations of Computer Science (FOCS 2009) (Atlanta, GA, US, 2009, pp 517 – 526).
  8. Fitzsimons J.F. npj Quantum Inf., 3, 23 (2017).
  9. Jozsa R., Abrams D.S., Dowling J.P., Williams C.P. Phys. Rev. Lett., 85, 2010 (2000).
  10. Giovannetti V., Lloyd S., Maccone L. Nature, 412, 417 (2001).
  11. Kómár P., Kessler E., Bishof M., Jiang L., Sørensen A.S., Ye J., Lukin M.D. Nat. Phys., 10, 582 (2014).
  12. Ge W., Jacobs K., Eldredge Z., Gorshkov A.V., Foss-Feig M. Phys. Rev. Lett., 121, 043604 (2018).
  13. Zhuang Q., Zhang Z., Shapiro J.H. Phys. Rev. A, 97, 032329 (2018).
  14. Gottesman D., Jennewein T., Croke S. Phys. Rev. Lett., 109, 070503 (2012).
  15. Wootters W.K., Zurek W.H. Nature, 299, 802 (1982).
  16. Chen Y.A. et al. Nature, 589, 214 (2021).
  17. Salvail L., Peev M., Diamanti E., Alleaume R., Lutkenhaus N., Laenger T. J. Comput. Secur., 18, 61 (2010).
  18. Briegel H.-J., Dür W., Cirac J.I., Zoller P. Phys. Rev. Lett., 81, 5932 (1998).
  19. Dür W., Briegel H.-J., Cirac J.I., Zoller P. Phys. Rev. A, 59, 169 (1999).
  20. Z˙ ukowski M., Zeilinger A., Horne M.A., Ekert A.K. Phys. Rev. Lett., 71, 4287 (1993).
  21. Bennett C.H., Brassard G., Popescu S., Schumacher B., Smolin J.A., Wootters W.K. Phys. Rev. Lett., 76, 722 (1996).
  22. Deutsch D., Ekert A., Jozsa R., Macchiavello C., Popescu S., Sanpera A. Phys. Rev. Lett., 77, 2818 (1996).
  23. Devitt S.J., Munro W.J., Nemoto K. Rep. Prog. Phys., 76, 076001 (2013).
  24. Sangouard N., Simon C., de Riedmatten H., Gisin N. Rev. Mod. Phys., 83, 33 (2011).
  25. Munro W.J., Azuma K., Tamaki K., Nemoto K. IEEE J. Select. Top. Quantum Electron., 21, 78 (2015).
  26. Yan P.-S., Zhou L., Zhong W., Sheng Y.-B. Europhys. Lett., 136, 14001 (2021).
  27. Neuwirth J., Basset F.B., Rota M.B., Roccia E., Schimpf C., Jöns K.D., Rastelli A., Trotta R. Mater. Quantum Technol., 1, 043001 (2021).
  28. Wei S.-H., Jing B., Zhang X.-Y., Liao J.-Y., Yuan C.-Z., Fan B.-Y., Lyu C., Zhou D.-L., Wang Y, Deng G.-W., Song H.-Z., Oblak D., Guo G.-C., Zhou Q. Laser Photonics Rev., 16, 2100219 (2022).
  29. Azuma K., Economou S.E., Elkouss D., Hilaire P., Jiang L., Lo H.-K., Tzitrin I. ArXiv: 2212.10820 (2022).
  30. Muralidharan S., Li L., Kim J., Lütkenhaus N., Lukin M.D., Jiang L. Sci. Rep., 6, 20463 (2016).
  31. Muralidharan S., Kim J., Lütkenhaus N., Lukin M.D., Jiang L. Phys. Rev. Lett., 112, 250501 (2014).
  32. Bernardes N.K., Praxmeyer L., van Loock P. Phys. Rev. A, 83, 012323 (2011).
  33. Shchukin E., Schmidt F., van Loock P. Phys. Rev. A, 100, 032322 (2019).
  34. Collins O.A., Jenkins S.D., Kuzmich A., Kennedy T.A.B. Phys. Rev. Lett., 98, 060502 (2007).
  35. Azuma K., Bäuml S., Coopmans T., Elkouss D., Li B. Avs. Quantum Sci., 3, 014101 (2021).
  36. Coopmans T., Brand S., Elkouss D. Phys. Rev. A, 105, 012608 (2022).
  37. Childress L., Taylor J.M., Sorensen A.S., Lukin M.D. Phys. Rev. A, 72, 052330 (2005).
  38. Childress L., Taylor J.M., Sorensen A.S., Lukin M.D. Phys. Rev. Lett., 96, 070504 (2006).
  39. Sangouard N., Dubessy R., Simon C. Phys. Rev. A, 79, 042340 (2009).
  40. Asadi F.K., Lauk N., Wein S., Sinclair N., O’Brien C., Simon C. Quantum, 2, 93 (2018).
  41. Calsamiglia J., Lütkenhaus N. Appl. Phys. B, 72, 67 (2001).
  42. Lee S.-W., Ralph T.C., Jeong H. Phys. Rev. A, 100, 052303 (2019).
  43. Sinclair N., Saglamyurek E., Mallahzadeh H., Slater J.A., George M., Ricken R., Hedges M.P., Oblak D., Simon C., Sohler W., Tittel W. Phys. Rev. Lett., 113, 053603 (2014).
  44. Sangouard N., Simon C., Minar J., Zbinden H., de Riedmatten H., Gisin N. Phys. Rev. A, 76, 050301 (2007).
  45. Duan L.-M., Lukin M., Cirac J.I., Zoller P. Nature, 414, 413 (2001).
  46. Pirandola S. Commun. Phys., 2, 51 (2019).
  47. Pirandola S., Laurenza R., Ottaviani C., Banchi L. Nat. Commun., 8, 15043 (2017).
  48. Wu Y., Liu J., Simon C. Phys. Rev. A, 101, 042301 (2020).
  49. Shchukin E., van Loock P. Phys. Rev. Lett., 128, 150502 (2022).
  50. Kamin L., Shchukin E., Schmidt F., van Loock P. Phys. Rev. Res., 5, 023086 (2023).
  51. Wallnöfer J., Melnikov A.A., Dür W., Briegel H.J. Phys. Rev. X: Quantum, 1, 010301 (2020).
  52. Haldar S., Barge P.J., Khatri S., Lee H. ArXiv: 2303.00777 (2023).
  53. Werner R.F. Phys. Rev. A, 40, 4277 (1989).
  54. Razavi M., Piani M., Lütkenhaus N. Phys. Rev. A, 80, 032301 (2009).
  55. Jiang L., Taylor J.M., Khaneja N., Lukin M.D. Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A., 104, 17291 (2007).
  56. Brand S., Coopmans T., Elkouss D. IEEE J. Sel. Areas Commun., 38, 619 (2020).
  57. Chehimi M., Pouryousef S., Panigrahy N.K., Towsley D., Saad W. ArXiv: 2305.08696 (2023).
  58. Wallnöfer J., Hahn F., Wiesner F., Walk N., Eisert J. ArXiv: 2212.03896 (2022).
  59. Simon C., de Riedmatten H., Afzelius M., Sangouard N., Zbinden H., Gisin N. Phys. Rev. Lett., 98, 190503 (2007).
  60. Munro W., Harrison K., Stephens A., Devitt S.J., Nemoto K. Nat. Photonics, 4, 792 (2010).
  61. Van Dam S.B., Humphreys P.C., Rozpe˛dek F., Wehner S., Hanson R. Quantum Sci. Technol., 2, 034002 (2017).
  62. Chou C.-W., Laurat J., Deng H., Choi K.S., de Riedmatten H., Felinto D., Kimble H.J. Science, 316, 1316 (2007).
  63. Yuan Z.-S., Chen Y.-A., Zhao B., Chen S., Schmiedmayer J., Pan J.-W. Nature, 454, 1098 (2008).
  64. Yu Y., Ma F., Luo X.-Y., Jing B., Sun P.-F., Fang R.-Z., Yang C.-W., Liu H., Zheng M.-Y., Xie X.-P., Zhang W.-J., You L.-X., Wang Z., Chen T.-Y., Zhang Q., Bao X.-H., Pan J.-W. Nature, 578, 240 (2020).
  65. Li H., Dou J.-P., Pang X.-L., Yang T.-H., Zhang C.-N., Chen Y., Li J.-M., Walmsley I. A., Jin X.-M. Optica, 8, 925 (2021).
  66. Zhang C., Huang Y.-F., Liu B.-H., Li C.-F., Guo G.-C. Adv. Quantum Technol., 4, 2000132 (2021).
  67. Anwar A., Perumangatt C., Steinlechner F., Jennewein T., Ling A. Rev. Sci. Instrum., 92, 041101 (2021).
  68. Guo M. et al. Front. Phys., 18, 21303 (2023).
  69. Lei Y., Asadi F.K., Zhong T., Kuzmich A., Simon C., Hosseini M. ArXiv: 2304.09397 (2023).
  70. Slattery O., Ma L., Zong K., Tang X. J. Res. Nat. Inst. Stand. Technol., 124, 124019 (2019).
  71. Usmani I., Afzelius M., de Riedmatten H., Gisin N. Nat. Commun., 1, 12 (2010).
  72. Bonarota M., Le Gouët J.-L., Chanelière T. New J. Phys., 13, 013013 (2011).
  73. Clausen C., Usmani I., Bussières F., Sangouard N., Afzelius M., de Riedmatten H., Gisin N. Nature, 469, 508 (2011).
  74. Saglamyurek E., Sinclair N., Jin J., Slater J.A., Oblak D., Bussières F., George M., Ricken R., Sohler W., Tittel W. Nature, 469, 512 (2011).
  75. Lago-Rivera D., Grandi S., Rakonjac J.V., Seri A., de Riedmatten H. Nature, 594, 37 (2021).
  76. Liu X., Hu J., Li Z.-F., Li X., Li P.-Y., Liang P.-J., Zhou Z.-Q., Li C.-F., Guo G.-C. Nature, 594, 41 (2021).
  77. Zhao B., Chen Z.-B., Chen Y.-A., Schmiedmayer J., Pan J.-W. Phys. Rev. Lett., 98, 240502 (2007).
  78. Xu P., Yong H.-L., Chen L.-K., Liu C., Xiang T., Yao X.-C., Lu H., Li Z.-D., Liu N.-L., Li L., Yang T., Peng C.-Z., Zhao B., Chen Y.-A., Pan J.-W. Phys. Rev. Lett., 119, 170502 (2017).
  79. Pu Y.-F., Zhang S., Wu Y.-K., Jiang N., Chang W., Li C., Duan L.-M. Nat. Photonics, 15, 374 (2021).
  80. Businger M., Nicolas L., Mejia T.S., Ferrier A., Goldner P., Afzelius M. Nat. Commun., 13, 1 (2022).
  81. Yang T.-S., Zhou Z.-Q., Hua Y.-L., Liu X., Li Z.-F., Li P.-Y., Ma Y., Liu C., Liang P.-J., Li X., Xiao Y.-X., Hu J., Li C.-F., Guo G.-C. Nat. Commun., 9, 3407 (2018).
  82. Seri A., Lago-Rivera D., Lenhard A., Corrielli G., Osellame R., Mazzera M., de Riedmatten H. Phys. Rev. Lett., 123, 080502 (2019).
  83. Liu H., Wang M., Jiao H., Lu J., Fan W., Li S., Wang H. Opt. Express, 31, 7200 (2023).
  84. Reiserer A. Rev. Mod. Phys., 94, 041003 (2022).
  85. Kalb N., Reiserer A.A., Humphreys P.C., Bakermans J.J.W., Kamerling S.J., Nickerson N.H., Benjamin S.C., Twitchen D.J., Markham M., Hanson R. Science, 356, 928 (2017).
  86. Moehring D.L., Maunz P., Olmschenk S., Younge K.C., Matsukevich D.N., Duan L.-M., Monroe C. Nature, 449, 68 (2007).
  87. Slodicˇ ka L., Hétet G., Röck N., Schindler P., Hennrich M., Blatt R. Phys. Rev. Lett., 110, 083603 (2013).
  88. Krutyanskiy V., Canteri M., Meraner M., Bate J., Krcmarsky V., Schupp J., Sangouard N., Lanyon B.P. Phys. Rev. Lett., 130, 213601 (2023).
  89. Hofmann J., Krug M., Ortegel N., Gérard L., Weber M., Rosenfeld W., Weinfurter H. Science, 337, 72 (2012).
  90. Ritter S., Nölleke C., Hahn C., Reiserer A., Neuzner A., Uphoff M., Mücke M., Figueroa E., Bochmann J., Rempe G. Nature, 484, 195 (2012).
  91. Langenfeld S., Thomas P., Morin O., Rempe G. Phys. Rev. Lett., 126, 230506 (2021).
  92. Van Leent T., Bock M., Fertig F., Garthoff R., Eppelt S., Zhou Y., Malik P., Seubert M., Bauer T., Rosenfeld W., Zhang W., Becher C., Weinfurter H. Nature, 607, 69 (2022).
  93. Bernien H., Hensen B., Pfaff W., Koolstra G., Blok M.S., Robledo L., Taminiau T.H., Markham M., Twitchen D.J., Childress L., Hanson R. Nature, 497, 86 (2013).
  94. Hensen B., Bernien H., Dréau A.E., Reiserer A., Kalb N., Blok M.S., Ruitenberg J., Vermeulen R.F.L., Schouten R.N., Abellán C., Amaya W., Pruneri V., Mitchell M.W., Markham M., Twitchen D.J., Elkouss D., Wehner S., Taminiau T.H., Hanson R. Nature, 526, 682 (2015).
  95. Humphreys P.C., Kalb N., Morits J.P.J., Schouten R.N., Vermeulen R.F.L., Twitchen D.J., Markham M., Hanson R. Nature, 558, 268 (2018).
  96. Pompili M., Hermans S.L.N., Baier S., Beukers H.K.C., Humphreys P.C., Schouten R.N., Vermeulen R.F.L., Tiggelman M.J., dos Santos Martins L., Dirkse B., Wehner S., Hanson R. Science, 372, 259 (2021).
  97. Delteil A., Sun Z., Gao Wb., Togan E., Faelt S., Imamog˘ lu A. Nat. Phys., 12, 218 (2016).
  98. Stockill R., Stanley M.J., Huthmacher L., Clarke E., Hugues M., Miller A.J., Matthiesen C., Le Gall C., Atatüre M. Phys. Rev. Lett., 119, 010503 (2017).
  99. Saffman M., Walker T.G., Mølmer K. Rev. Mod. Phys., 82, 2313 (2010).
  100. Adams C.S. et al. J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys., 53, 012002 (2020).
  101. Yanglin Hu, Zhelun Zhang, Biao Wu. Chin. Phys. B, 30, 020308 (2021).
  102. Han Y., He B., Heshami K., Li C.-Z., Simon C. Phys. Rev. A, 81, 052311 (2010).
  103. Zhao B., Mueller M., Hammerer K., Zoller P. Phys. Rev. A, 81, 052329 (2010).
  104. Rozpe˛dek F., Yehia R., Goodenough K., Ruf M., Humphreys P.C., Hanson R., Wehner S., Elkouss D. Phys. Rev. A, 99, 052330 (2019).
  105. Abruzzo S., Kampermann H., Bruß D. Phys. Rev. A, 89, 012301 (2014).
  106. Panayi C., Razavi M., Ma X., Lütkenhaus N. New J. Phys., 16, 043005 (2014).
  107. Luong D., Jiang L., Kim J., Lütkenhaus N. Appl. Phys. B, 122, 96 (2016).
  108. Bhaskar M.K., Riedinger R., Machielse B., Levonian D.S., Nguyen C.T., Knall E.N., Park H., Englund D., Loncˇar M., Sukachev D.D., Lukin M.D. Nature, 5, 60 (2019).
  109. Boone K., Bourgoin J.-P., Meyer-Scott E., Heshami K., Jennewein T., Simon C. Phys. Rev., 91, 052325 (2015).
  110. Gündog˘ an M., Sidhu J.S., Henderson V., Mazzarella L., Wolters J., Oi D.K.L., Krutzik M. npj Quantum Inf., 7, 128 (2021).
  111. Liorni C., Kampermann H., Bruß D. New J. Phys., 23, 053021 (2021).
  112. Wallnöfer J., Hahn F., Gündog˘ an M., Sidhu J. S., Wiesner F., Walk N., Eisert J., Wolters J. Commun. Phys., 5, 169 (2022).
  113. Hsiao Y.-F., Tsai P.-J., Chen H.-S., Lin S.-X., Hung C.-C., Lee C.-H., Chen Y.-H., Chen Y.-F., Yu I. A., Chen Y.-C. Phys. Rev. Lett., 120, 183602 (2018).
  114. Wang Y., Li J., Zhang S., Su K., Zhou Y., Liao K., Du S., Yan H., Zhu S.-L. Nat. Photonics, 13, 346 (2019).
  115. Cao M., Hoffet F., Qiu S., Sheremet A.S., Laurat J. Optica, 7, 1440 (2020).
  116. Hedges M., Longdell J., Li Y., Sellars M. Nature, 465, 1052 (2010).
  117. Hosseini M., Sparkes B., Campbell G., Lam P.K. Buchler B.C. Nat. Commun., 2, 174 (2011).
  118. Sabooni M., Li Q., Kröll S., Rippe L. Phys. Rev. Lett., 110, 133604 (2013).
  119. Sparkes B., Bernu J., Hosseini M., Geng J., Glorieux Q., Altin P. A., Lam P.K., Robins N.P., Buchler B.C. New J. Phys., 15, 085027 (2013).
  120. Jobez P., Usmani I., Timoney N., Laplane C., Gisin N., Afzelius M. New J. Phys., 16, 083005 (2014).
  121. Cho Y.-W., Campbell G.T., Everett J.L., Bernu J., Higginbottom D.B., Cao M.T., Geng J., Robins N.P., Lam P.K., Buchler B.C. Optica, 3, 100 (2016).
  122. Duranti S., Wengerowsky S., Feldmann L., Seri A., Casabone B., de Riedmatten H. ArXiv: 2307.03509 (2023).
  123. Guo J., Feng X., Yang P., Yu Z., Chen L.Q., Yuan C.-H., Zhang W. Nat. Commun., 10, 148 (2019).
  124. England D.G., Fisher K.A.G., MacLean J.-P.W., Bustard P.J., Lausten R., Resch K.J., Sussman B.J. Phys. Rev. Lett., 114, 053602 (2015).
  125. Reim K., Michelberger P., Lee K., Nunn J., Langford N.K., Walmsley I.A. Phys. Rev. Lett., 107, 053603 (2011).
  126. England D.G., Michelberger P.S., Champion T.F.M., Reim K.F., Lee K.C., Sprague M. R., Jin X.-M., Langford N.K., Kolthammer W.S., Nunn J., Walmsley I.A. J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys., 45, 124008 (2012).
  127. Thiel C., Böttger T., Cone R. J. Lumin., 131, 353 (2011).
  128. Thiel C., Sun Y., Macfarlane R., Böttger T., Cone R.L. J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys., 45, 124013 (2012).
  129. Попова М. Оптика и спектроскопия, 119, 541 (2015).
  130. Probst S., Rotzinger H., Ustinov A., Bushev P. Phys. Rev. B, 92, 014421 (2015).
  131. Wolfowicz G., Maier-Flaig H., Marino R., Ferrier A., Vezin H., Morton J.J.L., Goldner P. Phys. Rev. Lett., 114, 170503 (2015).
  132. Xiang Z.-L., Ashhab S., You J., Nori F. Rev. Mod. Phys., 85, 623 (2013).
  133. Yang W., Wang Z.-Y., Liu R.-B. Front. Phys., 6, 2 (2011).
  134. Fraval E., Sellars M., Longdell J. Phys. Rev. Lett., 92, 077601 (2004).
  135. Longdell J., Alexander A., Sellars M. Phys. Rev. A, 74, 195101 (2006).
  136. Zhong M., Hedges M., Ahlefeldt R., Bartholomew J.G., Beavan S.E., Wittig S.M., Longdell J.J., Sellars M.J. Nature, 517, 177 (2015).
  137. Kukharchyk N., Sholokhov D., Morozov O., Korableva S.L., Kalachev A.A., Bushev P.A. New J. Phys., 20, 023044 (2018).
  138. Craiciu I., Lei M., Rochman J., Kindem J.M., Bartholomew J.G., Miyazono E., Zhong T., Sinclair N., Faraon A. Phys. Rev. Appl., 12, 024062 (2019).
  139. Li P.-Y., Huang J.-Y., Zhu T.-X., Liu C., Liu D.-C., Zhou Z.-Q., Li C.-F., Guo G.-C. J. Lumin., 225, 117344 (2020).
  140. Fukumori R., Huang Y., Yang J., Zhang H., Zhong T. Phys. Rev. B, 101, 214202 (2020).
  141. Gupta S., Wu X., Zhang H., Yang J., Zhong T. Phys. Rev. Appl., 19, 044029 (2023).
  142. Kukharchyk N., Sholokhov D., Morozov O., Korableva S.L., Kalachev A.A., Bushev P.A. Opt. Express, 28, 29166 (2020).
  143. Kukharchyk N., Sholokhov D., Morozov O., Korableva S.L., Cole J.H., Kalachev A.A., Bushev P.A. Opt. Lett., 43, 935 (2018).
  144. Katz O., Firstenberg O. Nat. Commun., 9, 2074 (2018).
  145. Katz O., Shaham R., Firstenberg O. Sci. Adv., 7, eabe9164 (2021).
  146. Dudin Y.O., Li L., Kuzmich A. Phys. Rev. A, 87, 031801 (2013).
  147. Heinze G., Hubrich C., Halfmann T. Phys. Rev. Lett., 111, 033601 (2013).
  148. Ma Y., Ma Y.-Z., Zhou Z.-Q., Li C.-F., Guo G.-C. Nat. Commun., 12, 2381 (2021).
  149. Yang S.-J., Wang X.-J., Bao X.-H., Pan J.-W. Nat. Photonics, 10, 384 (2016).
  150. Cho Y.W., Campbell G.T., Everett J.L., Bernu J., Higginbottom D.B., Cao M.T., Geng J., Robins N.P., Lam P.K., Buchler B.C. Optica, 3, 100 (2016).
  151. Ortu A., Holzäpfel A., Etesse J., Afzelius M. npj Quantum Inf., 8, 29 (2022).
  152. Longdell J., Fraval E., Sellars M.J., Manson N.B. Phys. Rev. Lett., 95, 063601 (2005).
  153. Holzäpfel A., Etesse J., Kaczmarek K.T., Tiranov A., Gisin N., Afzelius M. New J. Phys., 22, 063009 (2020).
  154. Ruf M., Wan N.H., Choi H., Englund D., Hanson R. J. Appl. Phys., 130, 070901 (2021).
  155. Stas P.J., Huan Y.Q., Machielse B., Knall E.N., Suleymanzade A., Pingault B., Sutula M., Ding S.W., Knaut C.M., Assumpcao D.R., Wei Y.-C., Bhaskar M.K., Riedinger R., Sukachev D.D., Park H., Loncˇar M., Levonian D.S., Lukin M.D. Science, 378, 557 (2022).
  156. Tan T.R., Gaebler J.P., Lin Y., Wan Y., Bowler R., Leibfried D., Wineland D.J. Nature, 528, 380 (2015).
  157. Inlek I.V., Crocker C., Lichtman M., Sosnova K., Monroe C. Phys. Rev. Lett., 118, 250502 (2017).
  158. Wang P., Luan C.-Y., Qiao M., Um M., Zhang J., Wang Y., Yuan X., Gu M., Zhang J., Kim K. Nat. Commun., 12, 233 (2021).
  159. Santra S., Muralidharan S., Lichtman M., Jiang L., Monroe C., Malinovsky V.S. New J. Phys., 21, 073002 (2019).
  160. Khatri S., Brady A.J., Desporte R.A., Bart M.P., Dowling J.P. npj Quantum Inf., 7, 4 (2021).
  161. Wan N.H., Lu T.-J.,, Chen K.C., Walsh M.P., Trusheim M.E., de Santis L., Bersin E.A., Harris I.B., et al. Nature, 583, 226 (2020).
  162. Seri A., Lago-Rivera D., Corrielli G., Lenhard A., Osellame R., Mazzera M., de Riedmatten H. Phys. Rev. Lett., 123, 080502 (2019).
  163. Keil M., Amit O., Zhou S., Groswasser D., Japha Y., Folman R. J. Mod. Opt., 63, 1840 (2016).
  164. Zugenmaier M., Dideriksen K.B., Sørensen A.S., Albrecht B., Polzik E.S. Commun. Phys., 1, 76 (2018).
  165. Dideriksen K.B., Schmieg R., Zugenmaier M., Polzik E.S. Nat. Commun., 12, 3699 (2021).
  166. Ji J.-W., Asadi F.K., Heshami K., Simon C. Phys. Rev. Appl., 19, 054063 (2023).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig.1. The operating principle of the first generation gearbox. The communication line is divided into four elementary segments and contains three intermediate nodes, each of which contains two quantum memory devices (circles indicate memory devices, dotted lines indicate the presence of entanglement between them).

Download (112KB)
Indexing metadata
3. Fig.2. Examples of entanglement generation schemes in an elementary segment using two-photon (a) and single-photon (b) sources. In the case of single-photon sources, the memory devices share the single-photon excitation between themselves upon a successful Bell measurement, which is shown as half-filled circles.

Download (102KB)
Indexing metadata
4. Fig.3. Schemes of two-photon Bell measurement for entangled states in the polarization basis (a) and one-photon Bell measurement for entangled states in the Fock basis (b). The measurement efficiency is 1/2 because only two of the four states can be distinguished. In the first case, this requires a certain combination of coincidences of photocounts, as shown by the dotted lines, and in the second, a count on only one detector (BS is a beam splitter, PBS is a polarization beam splitter, |H ñ and |V ñ are single-photon states with orthogonal linear polarization, |0ñ and |1ñ are vacuum and one-photon states, respectively).

Download (52KB)
Indexing metadata
5. Fig.4. Postselection scheme for a two-photon entangled state. Having two distributed entangled states in the Fock basis |Y1±ñ, |Y2±ñ, one can perform a projection measurement onto the distributed two-photon entangled state |Y ±L R ñ by performing a single-photon Bell measurement at each node after reading the states from the quantum memory. The state to which the projection occurs is determined by the transmittance of the beam splitters and the relative phase of the incoming modes.

Download (56KB)
Indexing metadata
6. Fig.5. Capacity C (h, N) as a function of distance L. Direct communication (N = 0) is described by the dependence ~h (PLOB boundary), communication through a repeater with one node (N = 1) is described by the dependence ~ h1/2. A further increase in the number of nodes leads to an even greater increase in the maximum speed.

Download (73KB)
Indexing metadata
7. Fig.6. Dependences of the rate of entanglement distribution on the length of the communication line L for a scheme with a two-photon Bell measurement: 1 – one intermediate node (L0 = L/2), tm = ¥; 2 – one intermediate node (L0 = L/2), tm = 100 ms; 3 – without intermediate node (L0 = L). In all cases hm = 0.9, hs = 0.5, hd = 0.9.

Download (56KB)
Indexing metadata
8. Fig.7. The operating principle of the first generation CP using the entanglement clearing procedure. It is assumed that the clearing procedures are performed in one iteration, and each clearing procedure uses M = 2 copies, so that the total number of initial states is 16.

Download (178KB)
Indexing metadata
9. Fig.8. Dependence of quantum memory efficiency on storage time for some polyatomic systems in comparison with a similar dependence for a fiber optic delay line: cold rubidium [146, 149, 150] and cesium [113] atoms, cesium atoms at room temperature [144], Pr3+ : Y2SiO5 crystals [147, 152] and Eu3+ : Y2SiO5 [148, 151, 153]. An asterisk indicates an experiment in which a radiative quantum memory (DLCZ circuit) was used. A similar diagram with experiments performed before 2016 is presented in [150].

Download (102KB)
Indexing metadata

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».