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物理学 > 光学

arXiv:2509.17989 (physics)
[提交于 2025年9月22日 (v1) ,最后修订 2025年9月24日 (此版本, v2)]

标题: 多芯光纤的亚飞秒稳定化用于百分之百占空比的高保真量子网络

标题: Sub-femtosecond stabilization of multicore fiber for high-fidelity quantum networking at 100% duty cycle

Authors:Takuma Nakamura, Nazanin Hoghooghi, Nicolas Fontaine, Tetsuya Hayashi, Takuji Nagashima, Nicholas V. Nardelli, Dileep V. Reddy, Martin J. Stevens, Tara Fortier, Lynden K. Shalm, Franklyn Quinlan
摘要: 最初设想为解决电信网络容量瓶颈的多核光纤(MCF),正在对电信以外的科学领域做出贡献,例如传感和计量学。 由于MCF的各个核心被限制在相同的包层内,它们具有高度的噪声相关性,可以用于各种应用。 在此,我们研究将MCF作为量子网络中量子光和经典光共存这一挑战性问题的解决方案,通过在7核MCF的不同但高度相关的芯中分别操作量子光和稳定光。 在40公里的卷绕光纤中,通过从另一个芯获得的相位信息,我们在一个芯上实现了100阿秒的积分抖动。 这使得量子信道能够实现100%的占空比,同时保持来自稳定信道和量子信道之间串扰的低虚假光子率。 在6小时无周期滑移的稳定状态下,指定的稳定信道和量子信道之间的频率偏移,以及来自芯间低光串扰提供的额外40分贝噪声光子抑制,我们实现了仅0.01光子/秒的拉曼散射引起的虚假光子率,在100 GHz带宽内。 我们的MCF实验结果为实现量子信道占空比为100%的超稳定量子网络提供了一种有前景的方法。
摘要: Originally envisioned as a solution for the capacity crunch in telecommunications networks, multicore fibers (MCF) are contributing to scientific fields beyond telecom, such as sensing and metrology. Confined within the same cladding, the cores of MCF have a high degree of noise correlation which can be harnessed for a variety of applications. Here, we investigate MCF as a solution to the challenging problem of quantum and classical light co-existence in quantum networks by operating the quantum and stabilization light in separate but highly correlated cores of a 7-core MCF. Over 40 km of spooled fiber, we achieved 100 attosecond integrated jitter on one core by using phase information derived from another core. This allows for 100% duty cycle on a quantum channel while maintaining a low spurious photon rate from crosstalk between stabilization and quantum channels. With cycle-slip-free stabilization over 6 hours, frequency detuning between designated stabilization and quantum channels, and an additional 40 dB rejection of noise photons provided by the low optical crosstalk between cores, we achieved a Raman scattering-induced spurious photon rate of only 0.01 photons/s in 100 GHz bandwidth. Our results with MCF are a promising approach to ultra-stable quantum networks with 100% duty cycle on the quantum channel.
主题: 光学 (physics.optics) ; 量子物理 (quant-ph)
引用方式: arXiv:2509.17989 [physics.optics]
  (或者 arXiv:2509.17989v2 [physics.optics] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2509.17989
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Takuma Nakamura [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 9 月 22 日 16:30:43 UTC (1,037 KB)
[v2] 星期三, 2025 年 9 月 24 日 19:59:15 UTC (1,037 KB)
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