量子ネットワーク向け「翻訳機」の設計図を提案(UBC scientists propose blueprint for ‘universal translator’ in quantum networks)

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2025-06-19 カナダ・ブリティッシュコロンビア大学(UBC)

UBCの研究チームは、量子コンピュータのマイクロ波信号と光信号を双方向に高効率で変換できる「ユニバーサルトランスレーター」デバイスをシリコンチップ上に設計。最大95%の変換効率と低ノイズを理論的に実現し、量子もつれを維持したまま低電力(マイクロワット)で動作可能。シリコン内の磁性欠陥を利用する独自構造により、量子ネットワークに必要な長距離通信の課題を解決する可能性がある。量子インターネット構築に向けた重要な技術的前進。

<関連情報>

カラー・センター・アンサンブルと強く混成した共振器モードを用いた頑強なマイクロ波-光学光子変換 Robust microwave-optical photon conversion using cavity modes strongly hybridized with a color center ensemble

M. Khalifa,P. S. Kirwin,Jeff F. Young & J. Salfi
npj Quantum Information  Published:16 June 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41534-025-01055-4

量子ネットワーク向け「翻訳機」の設計図を提案(UBC scientists propose blueprint for ‘universal translator’ in quantum networks)

Abstract

A microwave-optical converter with high efficiency (>50%) and low added noise (≪1 photon) could enable the creation of scalable optical quantum networks. However, integrated converters demonstrated to date are too lossy or weakly non-linear to provide this performance. Here we develop a theory of microwave-optical conversion employing an ensemble of spin-bearing color centers strongly coupled to a photonic resonator and/or a superconducting microwave resonator. We find a counterintuitive operating point where microwave and optical photons are tuned to bare center/cavity resonances, which, compared to the weak-coupling limit, has much stronger non-linearity, offering high efficiency with reduced pump- and center-induced losses, and that is robust to inhomogeneous broadening. Taking color center and optical pump-induced losses into account, we predict ~ 95% efficiency and added noise ≪ 1 quanta at low (μW) pump powers for both Er- and T-centers in Si. Our results open new pathways to build quantum networks.

0404情報通信
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