Robust and Efficient Quantum Repeaters with Atomic Ensembles and Linear Optics
在过去的几年里，人们对只使用原子系综和线性光学的量子中继器协议产生了很大的兴趣。在这里，我们表明，本地生成的高保真纠缠对原子激发，结合使用双光子检测长距离纠缠生成，允许实施一个非常有吸引力的量子中继协议。这样的中继器相对于传输信道中的相位波动是鲁棒的，并且同时实现比使用相同成分的其他协议更高的纠缠生成速率。我们提出了一种有效的方法，产生高保真纠缠对本地的基础上，部分读出的合奏为基础的存储器。我们还讨论了所提出的协议的实验实现。
2008-05-13 quant-ph
Memory Imperfections in Atomic Ensemble-based Quantum Repeaters
量子中继器有望克服实际量子信道中的噪声和损耗，提供长距离纠缠。基于原子系综量子存储器和线性光学的一类有前途的中继器遵循Duan等人的提议[Nature 414，413，2001]。在这里，我们分析这个协议的一个非常一般的模型，所采用的量子存储器。我们推导出解析表达式的缩放纠缠与记忆缺陷，暗计数，损失和距离，并将我们的结果应用到两个特定的量子存储协议。我们的方法适用于任何量子存储器与相互作用的哈密顿量在最二次的模式运营商，并在原则上可扩展到最近修改的原始DLCZ建议。
2008-03-25 quant-ph
Quantum repeaters based on individual electron spins and nuclear-spin-ensemble memories in quantum dots
受最近量子点核自旋控制和操纵的发展的启发，我们提出了一个量子中继器方案，该方案结合了单个量子点电子自旋和核自旋系综，分别作为自旋光子接口和量子存储器。我们考虑使用低应变量子点嵌入高协同光学微腔。量子点核自旋系综允许纠缠态的长期存储，并且使用腔辅助门来执行预示的纠缠交换。我们强调了实现我们的量子中继器方案所需的量子点技术的进展，该方案承诺在长距离上建立高保真纠缠，其分布速率超过光子的直接传输。
2021-10-26 quant-ph
Quantum Repeaters based on Deterministic Storage of a Single Photon in distant Atomic Ensembles
量子中继器有望防止通信信道中的光子损失。最近，认真的努力已经应用于实现长距离纠缠的可扩展分布。然而，纠缠产生的概率性质和现实的量子存储器存储时间使量子中继器的实现成为一个突出的实验挑战。我们提出了一个量子中继器协议的基础上确定性存储的单光子在原子系综局限在遥远的高精腔，并表明，该系统是能够分布在长距离的纠缠与更高的速率相比，以前的协议，从而减轻了几个数量级的量子存储器寿命的限制。我们的方案对于量子信道中的相位起伏是鲁棒的，而在纠缠交换的每一步中，保真度缺陷是固定的并且可以忽略不计。
2011-10-12 quant-ph
Proof-of-principle demonstration of temporally multiplexed quantum repeater link based on atomic ensemble
本研究基于原子系综实现了时分复用量子中继链路的原理性验证，通过腔增强方案将自旋波按需读取效率提升至70%，链路制备速率较单模提升一个数量级，为实用化量子网络发展奠定基础。
2023-08-28 quant-ph
Heralded high-efficiency quantum repeater with atomic ensembles assisted by faithful single-photon transmission
量子中继器是长距离量子通信网络的重要组成部分。以前的基于原子系综和线性光学元件的量子中继器在纠缠产生和纠缠交换过程中只能以1/2的最大成功概率进行。同时，纠缠分发过程中的偏振噪声对所创建的纠缠信道也是有害的。在此，我们引入了一种在单侧光腔中囚禁的原子系综与偏振光子之间的通用接口，并利用该接口提出了一种高效的量子中继协议，该协议通过稳定的时空纠缠实现了稳健的纠缠分发，并且原则上可以通过腔量子电动力学的结果以一种预示性的方式在相邻原子系综之间产生确定性纠缠。同时，简化的奇偶校验门使纠缠交换的效率由线性光学的1/2提高到1。我们详细介绍了我们的协议与当前的实验参数的性能，并显示其鲁棒性的缺陷，即，失谐和耦合的变化，参与反射过程。这些良好的特性使其成为长距离量子通信中的有用构件。
2015-10-31 quant-ph
Quantum repeaters based on atomic ensembles and linear optics
量子态在长距离上的分布受到光子损耗的限制。由于不可克隆定理，经典电信中的直接放大在量子通信中不是一种选择。这个问题可以通过实现量子中继器协议来解决，该协议通过纠缠交换从短距离纠缠产生长距离纠缠。这样的协议需要以一种预示的方式产生纠缠，将其存储在量子存储器中，并交换它。实现量子中继器的一个有吸引力的一般策略是基于使用原子系综作为量子存储器，结合线性光学技术和光子计数来执行所有需要的操作。在这里，我们回顾了这一非常活跃的领域的理论和实验现状。我们定量地比较了不同方法的潜力，重点是超越光子直接传输的最直接目标。
2009-06-23 quant-ph
Efficient quantum repeater based on deterministic Rydberg gates
我们提出了一个有效的量子中继器结构与介观原子系综，里德伯封锁用于确定性的本地纠缠产生，纠缠交换和纠缠纯化。与传统的基于原子系综的量子中继器相比，在确定性里德伯门的帮助下，纠缠分发速率提高了两个数量级。这种新的量子中继器方案具有鲁棒性和快速性，从而为实际的长距离量子通信开辟了一条新的途径。
2010-03-09 quant-ph
High teleportation rates using cold-atom ensemble based quantum repeaters with Rydberg blockade
我们提出了一个简化版本的中继协议在冷中性原子系综里德伯激发优化两节点纠缠的产生和描述的量子隐形传态协议。我们的建议借鉴了以前的建议[Zhao，{\sl et al.}，A {\bf 81}，052329（2010）]和[Han，{\sl等人} Phys.Rev.A {\bf 81}，052311（2010）]，其描述了用于与许多节点的长距离纠缠的高效且鲁棒的协议。利用实际的实验值，我们预测的纠缠产生率为$\sim$ 25 Hz和隐形传态率为$\sim$ 5 Hz。我们预测的速率与当前最先进的量子存储器之间的纠缠产生和隐形传态实验相匹配。随着效率的提高，我们预测的纠缠产生和隐形传态率的$\sim$ 7.8 kHz和$\sim$ 3.6 kHz，分别代表了两个数量级的改善，目前实现的值。具有里德伯激发的冷原子系综是中继节点的有希望的候选者，因为系综中的集体效应可以用于确定性地产生长寿命的基态存储器，其可以有效地映射到定向发射的单光子上。
2016-04-21 quant-ph
Fault-tolerant quantum repeater with atomic ensembles and linear optics
我们提出了一个新的强大的量子中继器架构的详细分析，建立在原来的DLCZ协议[L.M. Duan \textit{et al.}，Nature（London）\textbf{414}，413（2001）].新的架构是基于双光子Hong-Ou-Mandel型干涉，其将长距离干涉稳定性要求放宽了约7个数量级，从DLCZ所需的单光子干涉的子波长到光子的相干长度，从而消除了DLCZ方案中的最弱点。我们的提议为强大而现实的长距离量子通信提供了令人兴奋的可能性。
2007-07-12 quant-ph
Uniting Quantum Processing Nodes of Cavity-coupled Ions with Rare-earth Quantum Repeaters Using Single-photon Pulse Shaping Based on Atomic Frequency Comb
Université Paris–Saclay, CEA, CNRS, Institut de physique théorique（巴黎萨克雷大学、法国原子能与替代能源委员会、法国国家科学研究中心、理论物理研究所）；Direction Générale de l’Armement（法国军备总局）；Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学实验物理研究所）；ICFO – Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（ICFO-光子科学研究所，巴塞罗那科学技术研究院）；ICREA – Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats（加泰罗尼亚高级研究学院）；Center for Hybrid Quantum Networks (Hy-Q), The Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯玻尔研究所混合量子网络中心）
本文提出利用基于原子频率梳的单光子脉冲成型技术，解决腔耦合离子与稀土量子中继器间的时间匹配问题，实现量子节点的高效连接。
2025-01-30 quant-ph
Quantum Repeater using Two-Mode Squeezed States and Atomic Noiseless Amplifiers
本文提出利用固态量子比特无噪声放大来存储并纯化受损耗双模压缩真空态，以概率性增强纠缠，并用于多量子比特寄存器和长距离QKD量子中继器。
2022-11-28 quant-ph
Quantum repeaters and quantum key distribution: analysis of secret key rates
我们分析了各种突出的量子中继协议的上下文中的长距离量子密钥分发。这些协议是Briegel，Dür，Cirac和Zoller最初的量子中继器提案，所谓的混合量子中继器使用光学相干态与原子自旋量子比特分散相互作用，以及Duan-Lukin-Cirac-Zoller类型的中继器使用原子系综与线性光学，并在其最近的扩展中，预示着量子比特放大器。对于我们的分析，我们调查每个中继器组件的最重要的实验参数，并找到他们的最低要求的值，以获得一个非零的秘密密钥。此外，我们详细研究了设备缺陷对最终密钥速率的影响，以及当纠缠态在初始分布后被纯化时，对最佳蒸馏轮次的影响。
2013-06-18 quant-ph
Experimental demonstration of a BDCZ quantum repeater node
量子通信是一种为网络中的信息交换提供有效和安全方式的方法。大规模的量子通信（100公里的数量级）已经实现;然而，严重的问题发生超过这个距离尺度，主要是由于不可避免的光子损失在传输信道。当光子探测器中暗计数的概率变得与光子被正确探测到的概率相当时，量子通信最终失败。为了克服这个问题，Briegel，Dür，Cirac和Zoller（BDCZ）引入了量子中继器的概念，将纠缠交换和量子存储器相结合，以有效地扩展可实现的距离。虽然纠缠交换已经在实验上得到了证明，但由于难以集成量子存储器，BDCZ量子中继器的实现已被证明具有挑战性。在这里，我们实现了纠缠交换与存储和检索的光，一个积木的BDCZ量子中继器。我们遵循一个方案，将BDCZ的策略与原子量子存储器。两个原子系综，每个原子系综最初与单个发射光子纠缠，在它们通过300米基于光纤的通信信道后，通过对两个单光子进行联合贝尔状态测量而投射到纠缠态。纠缠被存储在原子系综中，然后通过将原子激发转换为光子来验证。我们的方法本质上是相位不敏感的，并建立了实现量子中继器所需的基本要素，其中固定的原子量子位作为量子存储器，飞行的光子量子位作为量子信使。
2008-09-01 quant-ph
Quantum Repeaters using Coherent-State Communication
研究了基于原子量子比特纠缠分布的光相干态通信量子中继协议。为了非定域制备条件两量子比特纠缠态，考虑了两个空间分离的原子量子比特纠缠光模的各种测量方案。特别是，用于明确的状态鉴别的广义测量使人们能够完全消除所得到的量子比特状态中的自旋翻转误差，因为它们会发生在基于零差的方案中，这是由于相空间中光学状态的有限重叠。因此，通过使用较弱的相干态，高的初始纠缠度仍然可以实现较大的中继器间距，在较低的纠缠产生率为代价。在这种情况下，基于相干态的协议开始类似于基于单光子的中继器方案。
2008-06-06 quant-ph
Frequency tuning of a triply-resonant whispering-gallery mode resonator to MHz wide transitions for proposed quantum repeater schemes
量子中继器依赖于飞行量子比特与量子存储器的接口。最常见的实现包括在带宽和中心频率上与原子系统匹配的窄带单光子。之前，我们证明了我们的多功能预示单光子源的兼容性，其基于三重共振回音壁模式谐振器中的参数下转换，具有碱性跃迁[Schunk等人，Optica 2，773（2015）]。在本文中，我们分析了我们的源在相位匹配，可用的波长调谐机制，和应用到窄带原子系统。我们共振地址的铯和铷的D1跃迁与此光参量振荡器泵浦其振荡阈值以上。低于阈值，单光子的有效耦合到原子跃迁预示着由单个电信波段的光子被证明。最后，我们提出了一个准确的分析描述我们的观察。提供连接各种原子跃迁与电信波长的灵活性，我们展示了一种有前途的方法来实现量子中继器的基本构建模块。
2016-07-14 quant-ph
Hybrid Quantum Repeaters with Ensemble-based Quantum Memories and Single-spin Photon Transducers
QuTech, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学 QuTech）；Pritzker School of Molecular Engineering, University of Chicago（芝加哥大学普里茨克分子工程学院）；Department of Applied Physics, University of Geneva（日内瓦大学应用物理系）；Constructor University（Constructor 大学）；Department of Physics, Harvard University（哈佛大学物理系）
本文提出一种混合量子中继架构，结合集合型量子记忆和单自旋光子转换器，以提升长距离量子通信的性能和速率。
2024-04-26 quant-ph
Quantum repeaters based on heralded qubit amplifiers
基于最近提出的量子比特放大器[N. Gisin，S. Pironio和N. Sangouard，Phys. Rev. Lett. 105，070501（2010）]。它依赖于按需纠缠光子对源，该源使用按需单光子源、线性光学元件和原子系综。有趣的是，影响从该源产生的状态的缺陷，例如由具有非单位效率的检测器引起的，从基于双光子检测的纠缠交换操作中系统地纯化。这允许在非常长的距离上以高保真度分配纠缠，即没有真空组件和多光子错误。因此，所得到的量子中继器架构不需要最终的后选择，从而实现高纠缠分发速率。这也提供了独特的机会，设备无关的量子密钥分发在长距离与线性光学和原子合奏。
2011-11-22 quant-ph
Multicell Atomic Quantum Memory as a Hardware-Efficient Quantum Repeater Node
对于可扩展的量子通信和网络，关键的一步是实现量子中继节点，该节点可以使用量子存储器有效地连接不同的原子-光子纠缠段。我们报告了一个紧凑的和硬件高效的实现的量子中继节点使用一个单一的原子系综多细胞量子存储器。在抑制了磁场引起的非均匀展宽和原子运动引起的自旋波退相后，单个存储单元的寿命达到了毫秒级。基于这些长寿命的多细胞存储单元，我们实现了两个量子中继段的异步纠缠产生，并实现了这两个中继段的按需纠缠连接。作为多细胞原子量子存储器的另一个应用，我们进一步展示了存储和按需检索预示原子自旋波量子位通过实现一个随机存取量子存储器与个人寻址能力。这一工作为大规模量子网络中量子中继器的有效实现提供了一个很有前途的组成部分。
2021-10-18 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Quantum repeater protocol for deterministic distribution of macroscopic entanglement
本文提出一种量子中继器协议，利用系综量子比特间的 $S^z S^z$ 相互作用和局部测量，以随链长线性增长的操作数在长距离上确定性分发宏观纠缠，并在特定“魔术”相互作用时间下实现完美保真度。
2024-07-31 quant-ph
A Robust Atom-Photon Entanglement Source for Quantum Repeaters
我们展示了一种新的方法，有效地和非常强大的创建一个原子和光子量子比特之间的纠缠。用单束激光激发一个原子系综，收集两个不同空间模式的散射拉曼场，产生原子-光子纠缠。在内置量子存储器的帮助下，纠缠在20.5 $μ$ s的存储时间后仍然存在，这一点通过CHSH型Bell不等式的破坏得到了进一步的证明。我们的纠缠过程是用于新颖的鲁棒量子中继器架构的构建块[Zhao等人，Phys. Rev. Lett. 98，240502（2007）]。我们的方法可以很容易地扩展到产生高维原子-光子纠缠。
2007-06-15 quant-ph
Quantum telecommunication based on atomic cascade transitions
提出了一种具有长寿命原子存储的通信波长量子中继器，并利用冷原子系综对它的关键元件进行了实验验证。通过原子级联发射，产生1530 nm和780 nm光子的纠缠对。前者是长距离量子通信的理想选择，后者自然适合映射到长寿命的原子存储器。加上我们之前演示的光子到原子量子比特转换，拟议的电信量子中继器的两个基本要素现在都已经实现。
2006-01-10 quant-ph
Distributing entangled state using quantum repeater protocol: Trapped atomic ions in optomechanical cavities
研究了利用量子中继协议实现囚禁原子离子纠缠态的远距离分布。实际上，长距离被分成短的部分，然后在光机械腔中使用纠缠产生和纠缠交换技术，纠缠被分发。为了完成这项任务，我们在光机械腔中执行捕获的原子离子之间的相互作用，对捕获的离子进行适当的测量，并将Bell态测量作为一种众所周知的交换纠缠的方法。相应地，纠缠分布在目标离子之间，具有令人满意的成功概率和纠缠度值。计算了泵浦光的失谐量和振幅对纠缠度和成功几率的影响。随着失谐量的增加，纠缠度和成功概率的起伏减小。通过增加泵浦光的振幅，纠缠的极大值会重复出现更多次，成功几率会经历一个反转-恢复现象。
2021-05-28 physics.atom-ph quant-ph
Scalable quantum computing with atomic ensembles
由激光场寻址的原子云组成的原子系综为量子信息的存储和量子信息在原子自由度和光学自由度之间的相干转换提供了一个有吸引力的系统。在一篇具有里程碑意义的论文中，Duan等人（DLCZ）[1]表明，原子系综可以用作量子中继器网络的节点，能够在相隔任意大距离的系统之间共享成对的量子纠缠。近年来，一些有希望的实验已经证明了这一建议的关键方面[2-7]。在这里，我们描述了一个方案的全尺寸量子计算与原子系综。我们的方案使用类似的方法已经证明实验，但信息处理能力远远超过量子中继器。
2008-04-07 quant-ph
A Quantum Repeater Node Demonstrating Unconditionally Secure Key Distribution
长距离量子通信需要量子中继器来克服光纤中的光子损耗。在这里，我们展示了一个中继节点与两个存储原子在一个光学腔。两个原子都单独和重复地与光子纠缠，这些光子被分配，直到每个通信伙伴都独立地接收到其中一个。一个原子贝尔状态测量，然后进行经典通信，用来建立一个密钥。我们证明了密钥速率的缩放优势，将有效衰减长度增加了两倍，并且击败了无条件安全通信的11%的错误率阈值，这是基于中继器的量子网络的基石。
2021-05-18 quant-ph
Experimental demonstration of memory-enhanced scaling for entanglement connection of quantum repeater segments
量子中继协议是实现长距离量子通信和大规模量子网络的有效途径。量子中继器协议的一个关键思想是使用长寿命的量子存储器来实现不同中继器段之间的高效纠缠连接。在这里，我们报告了一个实验，实现了有效的连接的两个量子中继段通过按需纠缠交换使用两个原子量子存储器的存储时间为几十毫秒。随着存储器的增强，成功的纠缠连接的速率证明了标度变化的加速。实验实现了两个量子中继器段的纠缠连接，并具有有效的存储增强缩放功能，这证明了量子中继器协议的一个关键优势，这是未来大规模量子网络的基石。
2022-01-28 quant-ph
Decoherence of Single-Excitation Entanglement over DLCZ Quantum Networks Caused by Slow-Magnetic-Field Fluctuations and Protection Approach
本研究针对慢磁场涨落未被现有量子中继协议考虑的问题，构建含该噪声的自旋波模型并通过实验验证其会引发单激发纠缠退相干，提出方案将纠缠寿命从约135毫秒提升至约1.7秒。
2023-06-10 quant-ph
Proposal for non-cryogenic quantum repeaters with hot hybrid alkali-noble gases
我们提出了一种量子中继器架构，可以在没有低温的情况下运行。我们架构中的每个节点都建立在热碱原子和惰性气体自旋的细胞上，这些细胞提供长达几个小时的存储时间。这种混合气体的细胞被放置在一个环形腔，这使我们能够抑制系统中的有害的四波混频（FWM）噪声。我们研究了基于由相同热碱原子系综组成的单光子源的协议。从光源发出的单个光子要么存储在存储器中，要么传输到中心站进行检测。我们量化的保真度和成功的概率，通过考虑到有限的内存效率，通道损耗，探测器中的暗计数之间产生纠缠的两个远程合奏的贵气自旋。我们描述了如何纠缠可以扩展到长距离通过纠缠交换操作检索存储的信号。此外，我们量化的中继器的速率和整体纠缠度方面的性能，并将其与最近提出的另一个非低温量子中继器架构的基础上氮空位（NV）中心和光机自旋光子接口。由于系统需要相对简单的设置，因此更容易执行复用，这使得能够实现与具有NV中心和光机械的中继器的速率相当的速率，而本方案的总体纠缠度高于先前方案的纠缠度。我们的工作表明，由热混合原子气体制成的可扩展长距离量子网络是当前技术能力所能达到的。
2023-02-28 quant-ph
Dynamical quantum repeater using cavity-QED and optical coherent states
在腔QED的框架下，我们提出了一个利用相干光和耦合到光学腔的原子的量子中继方案。与传统的方案相比，我们只利用腔QED演化的整个量子中继器计划，从而避免任何显式执行的量子逻辑门。中继节点之间的纠缠分配是通过每个中继节点中的相干光脉冲与原子-腔系统相互作用来实现的。在我们以前的论文[D. Gonta和P. van Loock，Phys.Rev.A86，052312（2012）]，我们已经提出了一种使用耦合到光学腔的原子链的演化来纯化二分纠缠态的动力学协议。在这里，我们将这个协议的一部分，在我们的中继器计划，结合它与纠缠分布和交换的动态版本。
2013-11-05 quant-ph
Rate analysis for a hybrid quantum repeater
我们提出了一个详细的速率分析的混合量子中继器假设完美的记忆和使用最佳的概率纠缠产生和确定性交换例程。混合量子中继协议是基于原子量子比特纠缠分布通过光相干态通信。推导了量子中继器中纠缠产生率的精确解析公式，并研究了纠缠纯化和复用策略对纠缠产生率的影响。更具体地说，我们认为尽可能少的纯化的情况下，我们表明，足够低的本地损失，这样的纯化仍然比多路复用更强大。在一个可能的实验方案中，我们的混合系统可以创建近最大纠缠（F = 0.98）对超过1280公里的距离在100赫兹的顺序的速率。
2010-10-01 quant-ph
Quantum Key Distribution over Probabilistic Quantum Repeaters
实现长距离量子密钥分发（QKD）系统的可行路线依赖于Duan、Lukin、Cirac和Zoller（DLCZ）的工作中提出的用于纠缠分发和交换的概率方案[Nature 414，413（2001）]。在这里，我们计算的条件吞吐量和保真度的纠缠DLCZ量子中继器，占DLCZ的自我净化属性，在存在多个激发系综存储器以及损失和其他来源的低效率的通道和测量模块。然后，我们使用我们的结果来找到依赖于DLCZ量子中继器的QKD系统的安全密钥位的生成速率。我们比较了在有和没有中继器节点的两种情况下，每个逻辑存储器的密钥生成速率。我们发现的交叉距离超过中继器系统优于非中继器之一。这为我们提供了量子中继器系统中的最佳节点间距离。我们还找到了量子密钥分配速率达到峰值的最佳激发概率。这样的最佳概率，在大多数感兴趣的制度，是不敏感的总距离。
2010-05-20 quant-ph
Efficient Quantum Repeater with Single Atoms in Cavities
本文提出一种基于腔内单原子与光子-原子门的高效量子中继器方案，可在1000 km距离实现几Hz到100s Hz的安全密钥速率，为近期高效纠缠分发演示铺平道路。
2025-08-15 quant-ph
Entanglement Swapping with Integrated Narrowband Photon Sources for Quantum Repeaters
University of Geneva（日内瓦大学）；Geneva Quantum Centre, University of Geneva（日内瓦量子中心）；University of Calgary（卡尔加里大学）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
本研究采用与多原子量子存储平台兼容的集成窄带光子源，实现了高可见度的纠缠交换，完成了覆盖1.6 THz的系统级稳定，为现场部署量子中继器解决了关键技术挑战。
2026-08-17 quant-ph
Satellite-assisted quantum communication with single photon sources and atomic memories
提出一种基于囚禁原子量子比特的星载量子中继器架构，兼具量子存储与单光子源功能，无需太空低温技术即可在数千公里距离实现100 Hz高保真度纠缠分发，且所需存储模式远少于传统架构。
2024-11-14 quant-ph
Quantum repeater protocol in mixed single- and two-mode Tavis-Cummings models
本文研究了两个相距较远的原子间纠缠的产生。我们考虑一个系统，包括八个二能级原子（1; 2;…8）使得任何原子与其相邻原子处于原子贝尔态，因此我们有四对独立的最大纠缠态（i; i + 1），其中i = 1; 3; 5; 7。我们的目的是在原子对（1，8）之间产生纠缠，而这两个遥远的原子没有相互作用。通过在相邻的非纠缠原子对（2，3）和（6，7）之间进行相互作用，每个原子对都具有双模量子化场，分别在原子（1，4）和（5，8）之间产生纠缠。最后，通过对原子（4，5）施加适当的贝尔态测量（BSM）或在它们之间进行与单模场的相互作用（量子电动力学：QED方法），量子比特对（1; 8）变得纠缠，从而成功实现量子中继器。通过纠缠度度量对这种交换纠缠进行了量化，并数值研究了耦合系数和失谐量对纠缠度和成功概率的影响。在非对称条件下，BSM方法的并发度和成功概率的最大值以及相应的时间周期随着失谐量的增大而减小。讨论了失谐量、初始相互作用时间和耦合系数对量子电动力学方法产生纠缠的影响。在非对称条件下，失谐量（相互作用时间）的增加（减少）对交换纠缠有破坏性的影响。
2021-05-28 quant-ph
Quantum repeaters based on stationary Gottesman-Kitaev-Preskill qubits
本文提出基于稳态 GKP 玻色码的量子中继器，重点处理本地存储器的激发损耗，并证明除态生成与分发外可采用确定性线性模式变换完成操作。
2024-06-11 quant-ph
A fast and robust approach to long-distance quantum communication with atomic ensembles
量子中继器在量子系统之间产生长距离纠缠，同时克服诸如光纤中单个光子衰减等困难。最近，已经提出了基于原子系综和线性光学中的单量子比特的中继器协议的实现[Nature 414，413（2001）]。出于对实现该协议的快速实验进展，在这里，我们开发了一个更有效的计划兼容的任意错误的主动净化。使用类似的资源作为早期的协议，我们的方法本质上净化泄漏的逻辑子空间和逻辑子空间内的所有错误，从而大大提高了性能的实验效率低下的存在。我们的分析表明，我们的计划可以产生约每3分钟超过1280公里的距离与保真度（F>78%）足以违反贝尔不等式。
2007-04-04 quant-ph
Heralded quantum repeater based on the scattering of photons off single emitters in weak-coupling regime
我们提出了一个预示量子中继器的基础上，在一维波导中的单个发射器的光子的散射。我们通过实现波导中原子的非局域纠缠产生，纠缠交换和纠缠纯化模块来展示细节，并讨论了目前可实现技术的中继器的可行性。在我们的方案中，错误的事件可以通过检测光子的偏振被丢弃。也就是说，我们的协议在原则上是以100%的保真度完成的，这有利于实现现实的长距离量子通信。此外，不需要额外的原子量子比特，而只需要一个单光子介质。我们的方案是可扩展的和有吸引力的，因为它可以在固态量子系统中实现。随着对原子-波导系统的控制研究的不断深入，这种中继器在未来的量子信息处理中有着广阔的应用前景。
2017-12-05 quant-ph
Hybrid Quantum Repeater Chains with Atom-based Quantum Processing Units and Quantum Memory Multiplexers
Okinawa Institute of Science and Technology（冲绳科学技术大学院大学）；LQUOM, Inc.（LQUOM公司）
本文提出一种混合量子中继器设计，结合原子量子处理单元、光子源和量子存储器，实现高效远距离纠缠分发和高密钥率。
2026-10-30 quant-ph
Quantum repeaters based on stationary and flying Gottesman-Kitaev-Preskill qudits
本研究提出结合飞行与定域量子比特量子纠错的量子中继器方案，采用GKP码实现qudit编码纠错，找到中间参数区间使组合协议性能优于单独的编码式单向、双向中继方案。
2025-08-01 quant-ph
Near-unity indistinguishability of single photons emitted from dissimilar and independent atomic quantum nodes
本文利用完全阻塞的冷里德堡系综与DLCZ量子存储器两类独立原子节点，实现94.6±5.2%的高单光子不可区分度，为高效高保真量子网络互连奠定基础。
2024-06-12 quant-ph
Quantum repeater using three-level atomic states in the presence of dissipation: stability of entanglement
本文研究了利用量子中继协议将纠缠转移到两个三能级可分离原子态的可能性。具体地说，我们的模型由八个三能级原子组成，其中只有（1，2），（3，4），（5，6）和（7，8）对处于最大纠缠态。在存在自发发射和光子泄漏率的双模腔中，非纠缠三能级原子（2，3）和（6，7）之间进行适当的相互作用，分别产生原子（1，4）和（5，8）之间的纠缠.最后，在考虑耗散腔中自发发射的情况下，通过原子（4，5）间的相互作用，成功地产生了原子（1，8）间的纠缠.在延拓中，考虑了失谐量、耗散和初始相互作用时间对过程的负性和成功概率的影响。在大多数情况下，负的最大值通过增加失谐而减小。此外，在耗散存在的情况下，负性的时间演化是非周期性的。在所有考虑的情况下，增加初始交互时间对消极性有建设性影响。随着时间的推移，负性振荡被破坏，产生的纠缠稳定下来。通过控制原子的失谐量和耗散，可以调节原子（1，8）纠缠态的成功几率。我们表明，通过调整所涉及的参数，可以达到的条件下，退相干效应完全消失，因此，一个理想的量子中继器可以实现，同时考虑原子和场耗散。
2021-05-22 physics.atm-clus physics.atom-ph quant-ph
Collective biphoton temporal waveform of photon-pair generated from Doppler-broadened atomic ensemble
本研究探讨了Doppler展宽级联型原子系综中双光子时间波形的集体相干叠加现象，实验证明BTW时间宽度的三倍差异依赖于Cs跃迁的信号和闲置光子波长，为长距离量子网络和量子中继器提供了理论基础。
2024-02-10 quant-ph
Long-Distance Quantum Communication with Neutral Atoms
分析了Duan，Lukin，Cirac，and Zoller提出的基于原子系综的长距离量子通信体系结构（DLCZ）。它的保真度和吞吐量的纠缠分发，纠缠交换，和量子隐形传态的框架内，占在合奏以及损失和信道中的不对称性的多个激发。将获得的DLCZ性能指标与麻省理工学院和西北大学（MIT/NU）的一个团队提出的捕获原子量子通信架构的相应结果进行比较。这两个系统被发现是能够高保真纠缠分布。然而，DLCZ方案只提供有条件的隐形传态和中继器操作，而MIT/NU结构提供完整的贝尔态测量其被困原子。此外，它表明，实现单位条件保真度DLCZ隐形传态和中继器操作需要理想的光子数分辨探测器。用非分辨探测器实现的DLCZ隐形传态和中继器操作的最大条件重复度分别为1/2和2/3。
2005-12-16 quant-ph
Spectral analysis for cascade-emission-based quantum communication in atomic ensembles
原子能级的阶梯结构为来自上层原子跃迁的电信光子（信号）提供了来源。对于铷和铯原子，信号场的范围约为1.3-1.5 $μ$ m，可以耦合到光纤并传输到远程位置。级联发射可能导致成对的光子，信号与随后从较低原子跃迁发射的红外光子（闲频）纠缠。这种相关的双光子源在量子中继器的（Duan-Lukin-Cirac-Zoller）DLCZ协议中可能有用。我们利用级联发射构造了一个改进的DLCZ量子中继器，并研究了时频纠缠在协议中的作用.研究了协议对光子数分辨探测器和非分辨探测器的依赖性。我们发现，频率纠缠会使系统的性能恶化，但可以通过使用较短的泵浦脉冲产生级联辐射来减小这种不利影响。一个最佳的级联发射为基础的DLCZ计划实现了应用纯双光子源，除了使用探测器的完美的量子效率。
2014-03-11 quant-ph
Entanglement distribution between quantum repeater nodes with an absorptive type memory
量子中继器是长距离量子通信中不可缺少的设备，是将纠缠从短距离扩展到长距离的必要条件，然而，即使是在相邻中继器节点之间，也无法实现高速率的纠缠分发。在C. Jones等人，在New J.Phys.18，083015（2016）中，针对多个量子点、金刚石中的氮空位中心和被用作中继器节点内部的量子存储器的捕获离子，计算了相邻中继器节点之间的纠缠分布率。考虑到实际应用，利用现有技术布置多个量子存储器变得如此困难。希望用尽可能少的存储晶体实现高速率纠缠分发。本文提出了一种新的基于原子频率梳的单量子存储器纠缠分配方案，该方案可以实现单晶体的时间多模操作。与以往研究的直接产生自旋光子纠缠的量子存储器相比，所采用的吸收型量子存储器降低了多模操作的难度。结果表明，与C. Jones等人，New J. Phys. 18，083015（2016），并且通过利用最先进的技术接近实验实施。
2021-07-23 quant-ph
Quantum Repeaters based on Single Trapped Ions
我们分析了基于单囚禁离子的量子中继协议的性能。在每个节点处，嵌入到高精细度腔中的单个捕获离子发射单个光子，其偏振与离子状态纠缠。在位于两个节点中间的中心站对两个光子的特定检测预示着两个远程离子的纠缠。纠缠可以扩展到很长的距离，通过应用连续的纠缠交换操作的基础上的两个离子门操作，已经被证明具有高精度的实验。我们的计算表明，这种基于离子的量子中继器协议可实现的纠缠分布速率比基于原子系综存储器和线性光学的最知名方案可实现的速率高出几个数量级。主要原因是，对于被捕获的离子，纠缠交换操作是确定性地执行的，与线性光学每次交换的成功概率低于50%相反。该方案需要有效收集发射的光子，这可以用腔来实现，以及有效转换它们的波长，这可以通过受激参量下转换来完成。我们还建议如何实现时间复用，这提供了额外的显着的速度在纠缠分布，与被困离子。
2009-03-25 quant-ph
Heralded generation of Bell states using atomic ensembles
我们提出了一个方案，利用集体增强的光子模式内的原子系综与适当的塞曼流形，以实现一个预示偏振纠缠贝尔态。纠缠是在时间上分离的两个光子之间，并且可以用作诸如量子中继器的应用的后选择确定性源，其中采用后续的纠缠交换测量。我们提出了一个详细的分析，该计划的实际限制。
2013-10-17 quant-ph
Multiplexed entanglement swapping with atomic-ensemble-based quantum memories in the single excitation regime
本研究实验演示了基于原子系综量子存储器的多路复用纠缠交换，成功将两个此前未纠缠的存储器投影至纠缠态，并发度C=0.0124，成功概率比非多路复用方案提高三倍。
2023-12-31 quant-ph
Long-lived non-classical correlations for scalable quantum repeaters at room temperature
具有按需读出的预示单光子源是实现长距离量子通信的量子中继器的有希望的候选者。这种系统的可扩展性需要简单的实验解决方案，因此有利于室温系统。对于量子中继器应用，预告和单光子读出之间的长延迟至关重要。到目前为止，在室温原子系统中，由于热运动引起的快速退相干已经防止了这一点。在这里，我们证明了有效的预示和读出的单一集体激发在温暖的铯蒸气。使用运动平均的原则，我们实现了集体激发寿命为$0.27\pm 0.04$毫秒，两个数量级大于以前实现的单激发在室温下的来源。我们通过观察用$R=1.4\pm 0.1>1$对Cauchy-Schwarz不等式的违反，实验验证了光-物质关联的非经典性。通过光谱和时间分析，我们确定固有的四波混频噪声的主要贡献，损害单光子操作的源。
2018-01-10 quant-ph
Ultralong quantum optical storage using reversible inhomogeneous spin ensembles with an optical locking method
提出了一种新的多比特量子光数据存储方法，在连续共振拉曼光数据脉冲激励下的自旋非均匀可逆系统中，存储时间可以远远超过自旋相位衰减时间。超长存储时间是通过改进的重相过程的光学布居锁定机制获得的。这为利用量子存储器进行长距离量子通信的量子中继器提供了潜力，其中超长存储时间起着重要作用。
2008-04-23 quant-ph
Towards highly multimode optical quantum memory for quantum repeaters
由于光纤损耗，通过光纤进行的长距离量子通信目前仅限于几百公里。量子中继器可以将这一限制扩展到大陆距离。量子中继器的大多数方法需要高度多模量子存储器，以达到高通信速率。原子频率梳状存储器方案原则上可以实现高时间多模存储，而不牺牲存储器效率。然而，以前的演示受到了创建高分辨率原子梳的困难的阻碍，这降低了多模存储的效率。在这篇文章中，我们提出了一个梳准备方法，允许一个固定的内存带宽，以增加多模容量。我们将该方法应用于$^{151}$ Eu $^{3+}$掺杂Y $_2$ SiO $_5$晶体，其中我们演示了使用AFC回波方案（延迟线存储器）存储51个$μ$的100个模式，以及使用AFC自旋波存储器（按需存储器）存储50个模式0.541 ms。我们还简要地讨论了最终的多模限制所施加的光退相干率，对于一个固定的存储器带宽。
2015-12-09 physics.optics quant-ph
Quantum repeater protocol using an arrangement of QED-optomechanical hybrid systems
在本文中，我们考虑量子中继协议分配纠缠两个遥远的三能级原子。在该协议中，我们在两个目标原子之间插入六个原子，使得所考虑的八个原子被标记为1; 2;…8，而只有每两个相邻的原子（i; i + 1），其中i = 1; 3; 5; 7纠缠。最初，可分离的原子对态（1，4）和（5，8）通过分别在两个光机械腔中进行原子（2，3）和（6，7）之间的相互作用而变得纠缠。然后，通过在光腔量子电动力学（QED）方法中进行原子（4，5）之间的适当相互作用，最终使目标原子（1，8）纠缠。在整个研究过程中，机械频率和光机耦合强度的场模式上产生的纠缠和相关的成功概率的影响进行了评估。结果表明，随着机械频率的增加，纠缠产生的时间周期增大。此外，在大多数情况下，通过降低光机械耦合强度，原子（1，8）的最大成功概率增加。
2021-05-28 quant-ph
Deterministic generation of all-photonic quantum repeaters from solid-state emitters
量子中继器是量子通信网络中的节点，其允许在大距离上可靠地传输纠缠。最近表明，在所谓的图形状态中的高度纠缠光子可以用于全光子量子中继器，与基于原子存储器的中继器相比，其需要的资源少得多。然而，通过成对概率纠缠产生来构建多光子纠缠态的标准方法严重限制了可以创建的状态的大小。在这里，我们提出了一个协议的确定性产生的大光子中继器状态使用量子发射器，如半导体量子点和固体中的缺陷中心。我们发现，任意大的中继状态可以产生仅使用两个耦合的发射器，减少了6个数量级的光子源的必要数量。我们的协议包括一个内置的冗余，这使得它对光子丢失有弹性。
2017-10-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
