基于热杂化碱金属-惰性气体且无低温制冷的量子中继器方案

我们提出一种无需低温制冷即可运行的量子中继器架构。该架构中的每个节点基于一个热碱金属原子与惰性气体自旋单元，其存储时间长达数小时。此种杂化气体单元置于环形腔中，可抑制系统中有害的四波混频（FWM）噪声。我们研究了基于由同种热碱金属原子系综构成的单光子源的协议。源发射的单光子或被存储于存储器中，或被传输至中心站以供探测。我们考虑有限的存储效率、信道损耗及探测器暗计数，量化了在两个远程惰性气体自旋系综间产生纠缠的保真度与成功概率。我们描述了如何通过读出所存信号进行纠缠交换操作，将纠缠扩展至长距离。此外，我们从中继速率与整体纠缠保真度方面量化了该 proposed 中继器架构的性能，并将其与另一种近期提出的基于氮空位（NV）中心与光机械自旋-光子接口的无低温制冷量子中继器架构进行比较。由于该系统所需装置相对简单，更易于实现复用，从而能够达到与基于 NV 中心及光机械的中继器相当的速率，同时本方案的整体纠缠保真度高于先前方案。我们的工作表明，由热杂化原子气体构成的可扩展长距离量子网络在当前技术能力范围内即可实现。