Abstract
The entanglement between quantum memory nodes is a prerequisite in a quantum network, and the diamond nitrogen-vacancy (NV) center is a promising candidate serving as a quantum memory node. Here, we investigate the possibility of achieving an entanglement purification protocol (EPP) for entangled NV centers in distant diamonds. To construct the EPP, we design a nondestructive parity-check detector (PCD) utilizing an auxiliary polarization-entangled photon pair, which makes our EPP less time consuming and insensitive to the phase fluctuation of the optical path length. The satisfied fidelity of an NV center pair after purification and efficiency of obtaining a purified NV center pair with our EPP can be obtained with current experimental techniques in the realistic condition. This EPP is useful for a quantum network in which NV centers are used as quantum memory nodes.
Similar content being viewed by others
References
L. Jiang, J. M. Taylor, A. S. Sørensen, and M. D. Lukin, Phys. Rev. A 76, 062323 (2007), arXiv: 0709.4539.
C. H. Bennett, G. Brassard, C. Crépeau, R. Jozsa, A. Peres, and W. K. Wootters, Phys. Rev. Lett. 70, 1895 (1993).
C. H. Bennett, and S. J. Wiesner, Phys. Rev. Lett. 69, 2881 (1992).
A. K. Ekert, Phys. Rev. Lett. 67, 661 (1991).
C. H. Bennett, G. Brassard, and N. D. Mermin, Phys. Rev. Lett. 68, 557 (1992).
X. H. Li, F. G. Deng, and H. Y. Zhou, Phys. Rev. A 78, 022321 (2008), arXiv: 0808.0042.
B. K. Park, M. S. Lee, M. K. Woo, Y. S. Kim, S. W. Han, and S. Moon, Sci. China-Phys. Mech. Astron. 60, 060311 (2017).
M. Hillery, V. Bužek, and A. Berthiaume, Phys. Rev. A 59, 1829 (1999).
G. L. Long, and X. S. Liu, Phys. Rev. A 65, 032302 (2002).
F. G. Deng, G. L. Long, and X. S. Liu, Phys. Rev. A 68, 042317 (2003).
C. Wang, F. G. Deng, Y. S. Li, X. S. Liu, and G. L. Long, Phys. Rev. A 71, 044305 (2005).
W. Zhang, D. S. Ding, Y. B. Sheng, L. Zhou, B. S. Shi, and G. C. Guo, Phys. Rev. Lett. 118, 220501 (2017), arXiv: 1609.09184.
F. Zhu, W. Zhang, Y. Sheng, and Y. Huang, Sci. Bull. 62, 1519 (2017).
P. H. Niu, Z. R. Zhou, Z. S. Lin, Y. B. Sheng, L. G. Yin, and G. L. Long, Sci. Bull. 63, 1345 (2018).
S. S. Chen, L. Zhou, W. Zhong, and Y. B. Sheng, Sci. China-Phys. Mech. Astron. 61, 090312 (2018).
R. Y. Qi, Z. Sun, Z. S. Lin, P. H. Niu, W. T. Hao, L. Y. Song, Q. Huang, J. C. Gao, L. G. Yin, and G. L. Long, Light Sci. Appl. 8, 22 (2019), arXiv: 1810.11806.
H. J. Briegel, W. Dür, J. I. Cirac, and P. Zoller, Phys. Rev. A 81, 5932 (1998).
L. M. Duan, M. D. Lukin, J. I. Cirac, and P. Zoller, Nature 414, 413 (2001).
T. J. Wang, S. Y. Song, and G. L. Long, Phys. Rev. A 85, 062311 (2012).
T. Li, G. J. Yang, and F. G. Deng, Phys. Rev. A 93, 012302 (2016), arXiv: 1409.0270.
N. Kalb, A. A. Reiserer, P. C. Humphreys, J. J. W. Bakermans, S. J. Kamerling, N. H. Nickerson, S. C. Benjamin, D. J. Twitchen, M. Markham, and R. Hanson, Science 356, 928 (2017), arXiv: 1703.03244.
C. H. Bennett, G. Brassard, S. Popescu, B. Schumacher, J. A. Smolin, and W. K. Wootters, Phys. Rev. Lett. 76, 722 (1996).
D. Deutsch, A. Ekert, R. Jozsa, C. Macchiavello, S. Popescu, and A. Sanpera, Phys. Rev. Lett. 77, 2818 (1996).
J. W. Pan, C. Simon, Brukner, and A. Zeilinger, Nature 410, 1067 (2001).
C. Simon, and J. W. Pan, Phys. Rev. Lett. 89, 257901 (2002).
Y. B. Sheng, F. G. Deng, and H. Y. Zhou, Phys. Rev. A 77, 042308 (2008), arXiv: 0805.0032.
B. C. Ren, F. F. Du, and F. G. Deng, Phys. Rev. A 90, 052309 (2014), arXiv: 1408.0048.
G. Y. Wang, Q. Liu, and F. G. Deng, Phys. Rev. A 94, 032319 (2016), arXiv: 1607.00082.
Y. B. Sheng, and F. G. Deng, Phys. Rev. A 81, 032307 (2010), arXiv: 0912.0079.
Y. B. Sheng, and F. G. Deng, Phys. Rev. A 82, 044305 (2010), arXiv: 1008.3509.
X. H. Li, Phys. Rev. A 82, 044304 (2010), arXiv: 1010.5301.
F. G. Deng, Phys. Rev. A 83, 062316 (2011), arXiv: 1107.0093.
L. Zhou, and Y. B. Sheng, Sci. Rep. 6, 28813 (2016), arXiv: 1511.02344.
L. Zhou, and Y. B. Sheng, Ann. Phys. 385, 10 (2017).
M. Yang, W. Song, and Z. L. Cao, Phys. Rev. A 71, 012308 (2005).
C. D. Ogden, M. Paternostro, and M. S. Kim, Phys. Rev. A 75, 042325 (2007).
C. Cao, C. Wang, L. He, and R. Zhang, Opt. Express 21, 4093 (2013).
T. Li, G. J. Yang, and F. G. Deng, Opt. Express 22, 23897 (2014), arXiv: 1403.4660.
R. Reichle, D. Leibfried, E. Knill, J. Britton, R. B. Blakestad, J. D. Jost, C. Langer, R. Ozeri, S. Seidelin, and D. J. Wineland, Nature 443, 838 (2006).
N. Kalb, A. A. Reiserer, P. C. Humphreys, J. J. W. Bakermans, S. J. Kamerling, N. H. Nickerson, S. C. Benjamin, D. J. Twitchen, M. Markham, and R. Hanson, Science 356, 928 (2017), arXiv: 1703.03244.
X. L. Feng, L. C. Kwek, and C. H. Oh, Phys. Rev. A 71, 064301 (2005).
C. Wang, Y. Zhang, and G. Jin, Phys. Rev. A 84, 032307 (2011).
W. C. Gao, C. Cao, T. J. Wang, and C. Wang, Quantum Inf. Process. 16, 182 (2017).
Z. C. Liu, J. S. Hong, J. J. Guo, T. Li, Q. Ai, A. Alsaedi, T. Hayat, and F. G. Deng, Annalen Der Physik 530, 1800029 (2018), arXiv: 1809.00117.
S. M. Hein, C. Aron, and H. E. Türeci, Phys. Rev. A 93, 062331 (2016), arXiv: 1604.07198.
G. Balasubramanian, P. Neumann, D. Twitchen, M. Markham, R. Kolesov, N. Mizuochi, J. Isoya, J. Achard, J. Beck, J. Tissler, V. Jacques, P. R. Hemmer, F. Jelezko, and J. Wrachtrup, Nat. Mater 8, 383 (2009).
F. Jelezko, T. Gaebel, I. Popa, A. Gruber, and J. Wrachtrup, Phys. Rev. Lett. 92, 076401 (2004).
L. Childress, M. V. Gurudev Dutt, J. M. Taylor, A. S. Zibrov, F. Jelezko, J. Wrachtrup, P. R. Hemmer, and M. D. Lukin, Science 314, 281 (2006).
G. D. Fuchs, V. V. Dobrovitski, D. M. Toyli, F. J. Heremans, and D. D. Awschalom, Science 326, 1520 (2009).
J. Wrachtrup, S. Y. Kilin, and A. P. Nizovtsev, Opt. Spectrosc. 91, 429 (2001).
L. Childress, J. M. Taylor, A. S. Sørensen, and M. D. Lukin, Phys. Rev. Lett. 96, 070504 (2006).
S. D. Barrett, and P. Kok, Phys. Rev. A 71, 060310 (2005).
B. M. Chernobrod, and G. P. Berman, J. Appl. Phys. 97, 014903 (2005).
L. Robledo, L. Childress, H. Bernien, B. Hensen, P. F. A. Alkemade, and R. Hanson, Nature 477, 574 (2011), arXiv: 1301.0392.
D. M. Toyli, C. D. Weis, G. D. Fuchs, T. Schenkel, and D. D. Awschalom, Nano Lett. 10, 3168 (2010), arXiv: 1007.0240.
Q. Chen, W. Yang, M. Feng, and J. Du, Phys. Rev. A 83, 054305 (2011).
H. R. Wei, and F. G. Deng, Phys. Rev. A 88, 042323 (2013), arXiv: 1310.0197.
T. J. Wang, and C. Wang, Phys. Rev. A 90, 052310 (2014).
B. C. Ren, G. Y. Wang, and F. G. Deng, Phys. Rev. A 91, 032328 (2015), arXiv: 1411.0274.220311–8
B. C. Ren, and F. G. Deng, Laser Phys. Lett. 10, 115201 (2013), arXiv: 1309.0168.
C. Wang, T. J. Wang, Y. Zhang, R. Jiao, and G. Jin, Opt. Express 22, 1551 (2014).
T. Li, A. Miranowicz, X. Hu, K. Xia, and F. Nori, Phys. Rev. A 97, 062318 (2018), arXiv: 1803.05626.
Y. S. Park, A. K. Cook, and H. Wang, Nano Lett. 6, 2075 (2006).
M. Larsson, K. N. Dinyari, and H. Wang, Nano Lett. 9, 1447 (2009).
R. J. Barbour, K. N. Dinyari, and H. Wang, Opt. Express 18, 18968 (2010).
P. E. Barclay, K. M. C. Fu, C. Santori, and R. G. Beausoleil, Appl. Phys. Lett. 95, 191115 (2009), arXiv: 0908.2148.
M. W. McCutcheon, and M. Lončar, Opt. Express 16, 19136 (2008).
E. Togan, Y. Chu, A. S. Trifonov, L. Jiang, J. Maze, L. Childress, M. V. G. Dutt, A. S. Sørensen, P. R. Hemmer, A. S. Zibrov, and M. D. Lukin, Nature 466, 730 (2010).
B. Dayan, A. S. Parkins, T. Aoki, E. P. Ostby, K. J. Vahala, and H. J. Kimble, Science 319, 1062 (2008).
J. H. An, M. Feng, and C. H. Oh, Phys. Rev. A 79, 032303 (2009), arXiv: 0902.1372.
C. Y. Hu, A. Young, J. L. O’Brien, W. J. Munro, and J. G. Rarity, Phys. Rev. B 78, 085307 (2008), arXiv: 0708.2019.
D. F. Walls, and G. J. Milburn, Quantum Optics (Springer-Verlag, Berlin, 1994).
A. Yabushita, and T. Kobayashi, Phys. Rev. A 69, 013806 (2004).
A. Mair, A. Vaziri, G. Weihs, and A. Zeilinger, Nature 412, 313 (2001).
Z. Yang, O. S. Magaña-Loaiza, M. Mirhosseini, Y. Zhou, B. Gao, L. Gao, S. M. H. Rafsanjani, G. L. Long, and R. W. Boyd, Light Sci. Appl. 6, e17013 (2017), arXiv: 1609.08741.
P. G. Kwiat, K. Mattle, H. Weinfurter, and A. Zeilinger, Phys. Rev. A 75, 4337 (1995).
M. Wang, R. Wu, J. Lin, J. Zhang, Z. Fang, Z. Chai, and Y. Cheng, Quantum Eng. 1, e9 (2019).
E. L. Wooten, K. M. Kissa, A. Yi-Yan, E. J. Murphy, D. A. Lafaw, P. F. Hallemeier, D. Maack, D. V. Attanasio, D. J. Fritz, G. J. McBrien, and D. E. Bossi, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 6, 69 (2000).
S. Atzeni, A. S. Rab, G. Corrielli, E. Polino, M. Valeri, P. Mataloni, N. Spagnolo, A. Crespi, F. Sciarrino, and R. Osellame, Optica 5, 311 (2018).
R. Osellame, Quantum Eng. 1, e11 (2019).
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Wang, G., Long, G. Entanglement purification for memory nodes in a quantum network. Sci. China Phys. Mech. Astron. 63, 220311 (2020). https://doi.org/10.1007/s11433-019-9443-2
Received:
Accepted:
Published:
DOI: https://doi.org/10.1007/s11433-019-9443-2