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
Robust quantum repeater with atomic ensembles and single-photon sources
我们提出了一个量子中继协议，使用原子系综，线性光学和单光子源。通过吸收按需单光子源发射的单光子，产生了原子系综$u$和$d$的两个局域“偏振”纠缠态，基于此，通过Bell态测量可以有效地建立四个系综之间的高保真局域纠缠.利用双光子干涉实现了基本链中的纠缠和链间的纠缠连接。除了对量子信道中的相位波动具有鲁棒性之外，与部分读取（PR）协议相比，该方案可以将具有更高保真度的量子通信加速约2个数量级，持续1280 km（Sangouard { \it et al.}，Phys.Rev.A { \bf 77}，062301（2008）），其可以在具有相同成分的先前方案中最快地产生纠缠。
2008-11-24 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
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
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
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
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
Rate-distance tradeoff and resource costs for all-optical quantum repeaters
我们提出了一个全光量子中继器，使用光子源，线性光学，光子探测器和经典的前馈在每个中继器节点，但没有量子存储器的资源性能权衡。我们表明，量子安全的密钥速率的形式$R(η) = Dη^s$位每模式，其中$η$是端到端的通道的transmittance，和常数$D$和$s$是各种设备的效率低下和资源约束，如在每个中继器节点的可用光子源的数量的函数。即使有损耗的设备，我们表明，它是可能的，以达到$s < 1$，并反过来优于可达到的最大密钥速率没有量子中继器，$R_{\rm direct}(η) = -\log_2(1-η) \approx (1/\ln 2)η$位每模式的$η\ll 1$，超出一定的总范围$L$，其中$η\sim e^{-αL}$在光纤。我们还提出了一套修改，最近提出的全光中继器协议，我们的基础上，这降低了光子源的数量，需要在中继器创建光子集群，以优于$R_{\rm direct}(η)$，从$\sim 10^{11}$到每个中继器节点的$\sim 10^{6}$光子源。我们发现，中继器节点之间的最佳分离是独立的总范围$L$，并在$1.5$公里的假设，我们对各种设备的损失。
2016-12-08 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
Linear optical scheme for error-free entanglement distribution and a quantum repeater
我们提出了一种在噪声信道中实现双光子偏振纠缠Bell态无误差分布的线性光学方案。该方案可以应用于基本量子中继器协议，在效率和系统复杂度方面具有潜在的显着改善。该方案基于光子的偏振和时间仓编码的使用，并且可以利用当前可用的技术执行单对单步纯化。
2006-09-18 quant-ph
Practical quantum repeaters with linear optics and double-photon guns
我们展示了如何创建实用的，高效的，量子中继器，采用双光子枪，长距离光量子通信。这些枪可以根据需要产生偏振纠缠的光子对。一个这样的源可以是更小的量子点，其相对于参数下转换具有明显的优势，即创建光子对的概率接近1，而创建多个光子对的概率为零。交换和净化组件由偏振分束器和概率光学CNOT门实现。
2002-03-27 quant-ph
An integrated quantum repeater at telecom wavelength with single atoms in optical fiber cavities
量子中继器有望通过规避直接光子传输中固有的成功概率指数下降来实现全球距离上的量子网络。我们提出了一个现实的，功能集成的量子中继器实现的基础上，在光学腔中的单原子。量子存储器中的单原子与电信波长的光子之间直接产生纠缠。后者以高效率和可调节的时间和光谱特性被收集到空间上定义良好的腔模式中。它由第二个正交腔发射的近红外光子预示。两个远程量子存储器之间的纠缠可以通过光学Bell态测量产生，而我们提出了基于高效的腔辅助原子-原子门的纠缠交换。我们的量子中继器方案消除了对波长转换的任何要求，使得在每个节点处仅需要单个系统。我们研究了基于CO $_2$激光加工光纤的法布里-珀罗腔的铷和现实参数的特定实现。我们表明，该方案能够实现一个相当简单的量子中继器，在大距离上优于直接纠缠生成，并且不需要任何超越现有技术的技术改进。
2016-03-11 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
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
Simulation of satellite and optical link dynamics in a quantum repeater constellation
本研究针对全球量子通信需求，提出将卫星作为量子中继器节点的架构，通过三维动态仿真低轨卫星运动与光链路特性，推导贝尔态测量解析表达式，分析轨道参数对纠缠交换率的影响，为量子中继星座设计与性能评估提供支撑。
2025-01-17 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
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
Requirements for upgrading trusted nodes to a repeater chain over 900 km of optical fiber
我们在连接德国城市波恩和柏林的一个真实世界的光纤网格上对纠缠的分布进行了数值研究。这种连接是通过一系列跨越大约900公里的处理节点量子中继器实现的。我们调查如何最小的硬件要求取决于目标应用程序，以及链中的中继器的数量。我们发现，盲量子计算的要求是显着不同的量子密钥分发，与所需的相干时间是大约2.5倍大的前者。此外，我们观察到一个权衡如何实现目标的秘密密钥速率时，使用不同数量的中继器：相对低质量的纠缠态产生的高速率是首选较高数量的中继器，而相对高质量的状态产生的低速率有利于较低数量的中继器。为了获得我们的结果，我们采用了一个广泛的模拟框架，使用NetSquid，量子网络的离散事件模拟器。这些都结合了基于遗传算法的优化方法，以确定最低的硬件要求。
2023-03-06 quant-ph
Heralded quantum repeater for a quantum communication network based on quantum dots embedded in optical microcavities
提出了一种基于圆偏振光子与嵌入在双面光学微腔中的量子点之间的通用接口的量子转发协议。我们对光子进行有效的时间仓编码，从而在我们的协议中，每个光子的传输都使用一根光纤，而不是两个或更多个光纤，从而实现了确定性的忠实纠缠分布。利用腔量子电动力学原理，我们设计的奇偶校验探测器只需一个单光子的输入输出过程，使得量子中继器中的纠缠通道扩展和纠缠纯化的效率大大提高，在容错量子计算中也有潜在的应用价值。同时，偏离集体噪声通道会导致双方共享的非局域电子自旋产生一定的相位翻转误差，这种误差可以通过简化的纠缠纯化过程得到抑制.最后，我们讨论了我们的建议的性能，得出的结论是，它是可行的与当前的技术。
2016-02-01 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
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 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
Analyzing the effectiveness of the quantum repeater
量子密钥分发的通信距离受到光子在光纤中传播的指数衰减的限制。然而，已经表明，引入量子中继器可以改善衰减的阶数，并且在忽略中继器噪声时，对于延长QKD的通信距离是有用的。在本文中，我们分析了量子中继器的有效性时，考虑中继器的噪声。我们还从安全性的角度分析了QKD的有效性，表明即使使用量子中继器，QKD也是安全的。
2006-08-18 quant-ph
Repeat-until-success quantum repeaters
我们提出了一个重复直到成功的协议，以提高概率量子中继器的性能。量子中继器依赖于无源静态线性光学元件和光电探测器来执行贝尔状态测量（BSM）。传统上，这些BSM的成功率不能超过50%，这是远程量子存储器之间纠缠交换的障碍。每当BSM发生故障时，需要在中继器链路中的对应存储器之间重新分配纠缠。在我们的计划中的关键成分是一个可重复的BSM。虽然它也只依赖于线性光学和光电探测，但它理想地允许我们重复每个BSM，直到成功。原则上，这可以将概率量子中继器变成确定性量子中继器。在现实条件下，我们的测量设备是有损耗的，我们的可重复BSM也可能失败。然而，我们表明，通过使用额外的阈值检测器，我们可以提高纠缠产生率之间的一个和两个数量级相比，依赖于传统的BSM的概率中继器系统。这种改进足以使概率量子中继器的性能与确定性量子中继器的一些现有建议相当。
2014-07-12 quant-ph
Continuous Variable Quantum Repeaters
提出了一种连续变量量子光态的量子中继器。我们的中继器依赖于一个错误校正协议的基础上CV隐形传态和纠缠蒸馏通过无噪声线性放大的CV状态的损失。纠错协议被级联以在增加的距离上为量子信道保持相同的有效传输系数。中继器成功操作的概率与距离成多项式比例。然而，该协议受到保真度和成功概率之间的权衡的限制。
2015-05-14 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
Could Gaussian regenerative stations act as quantum repeaters?
较高的传输损耗降低了光通信的性能|无论是经典或量子数据可以被可靠地发送的速率，还是量子密钥分发（QKD）的安全密钥生成速率。损失随距离增加而增加|在光纤中是指数的，而对于自由空间信道是距离的平方反比。为了在长距离上提高经典通信速率，通常在沿着信道的中间点处引入再生中继。因此，很自然地推测，诸如相位不敏感或相位敏感的光放大器之类的无人值守的再生站是否可以用作长距离QKD的中继器。本文的主要结果排除了所有玻色子高斯信道可用作QKD中继器，其中包括相位不敏感和相位敏感放大器作为特殊情况，对于任何QKD协议。我们还描述了条件下，高斯中继呈现一个有损信道纠缠打破，这反过来又使信道无用的量子密钥分配。
2014-10-02 quant-ph
Quantum repeaters in space
长距离纠缠是一种非常宝贵的资源，但由于光在光纤中的指数损耗，它的分布非常困难。一种可能的解决方案是使用基于纠缠交换或量子纠错的量子中继器。或者，可以利用卫星自由空间光链路，实现更好的损耗距离缩放。我们建议将这两种成分，量子中继器和基于卫星的链路，结合成一个方案，允许实现纠缠分布在全球范围内的少量中间不可信节点。放置在卫星上的纠缠源将以光子编码的量子态发送到轨道量子中继站，在那里进行纠缠交换。这个中继器链的性能进行评估的BB-84加密协议的密钥速率。我们与其他中继器链架构进行比较，并表明我们的方案是优越的，在几乎所有的情况下，实现更高的密钥速率，可靠性和灵活性。最后，我们分析了在中期实施的可行性，并讨论了示范性轨道配置。基于卫星的链路与地面中继器网络的集成可以被设想为未来量子互联网的骨干。
2020-05-20 quant-ph
An Improved Design for All-Photonic Quantum Repeaters
本研究针对全光量子中继器的RGS资源开销问题，提出采用树编码链路量子比特的新型RGS设计与自适应逻辑BSM方案，以更少量子比特实现更高纠缠速率，降低光学模式需求。
2024-05-20 quant-ph
Photonic Quantum Networks formed from NV- Centers
在这篇文章中，我们提出了一个简单的重复方案的基础上负电荷的氮空位中心的金刚石（NV-）。每个中继器节点都是由简单的模块组成的，包括一个包含单个NV-的光学腔，其中一个核自旋来自15 N作为量子存储器。模块中的操作仅使用确定性过程和相互作用，并实现高保真（>99%）操作，模块通过光纤连接。在中继器节点架构中，模块之间通过光子的过程在原则上可以是确定性的，然而，当前对光学部件的限制导致过程是概率性的，但却是预示性的。最节省资源的中继器结构在每个节点处包含至少两个模块，并且中继器节点通过电信波长纠缠光子对连接。我们讨论了量子中继器的性能，从最小资源策略开始，有几个模块（~10），然后逐步纳入更多的资源密集型策略。我们的架构使大规模的量子信息网络与现有技术。
2014-12-18 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
Quantum Repeaters Using Continuous Variable Teleportation
量子光学状态是脆弱的，并且当通过有损通信信道时可能会被破坏。与经典信号不同，光放大器不能用于恢复量子信号。量子中继器已经被提出作为减少错误的一种方式，从而增加量子通信的范围。目前的协议针对特定的离散编码，例如在单光子的偏振上编码的量子比特。我们介绍了一种更通用的方法，可以减少任何量子光学编码的损失的影响，包括那些基于连续变量，如场振幅。我们表明，原则上该协议产生的资源成本，尺度与距离的多项式。我们分析了最简单的实现，并发现，虽然它的范围是有限的，它仍然可以实现有用的改进的距离上的量子纠缠场振幅可以分布。
2016-11-09 quant-ph
Multiplexed quantum repeaters based on dual-species trapped-ion systems
被捕获的离子形成用于量子信息处理的先进技术平台，其具有长量子位相干时间、高保真量子逻辑门、光学活性量子位以及在保持量子位之间的高水平连接性的同时按比例放大尺寸的潜力。这些特性使它们不仅对量子计算有吸引力，而且对量子网络也有吸引力。专用的、特殊用途的捕获离子处理器结合合适的互连硬件可以用于形成量子中继器，其使得能够在网络中的远程捕获离子量子计算机之间进行高速率量子通信。在这方面，已经提出了具有两种不同种类的离子的混合陷阱用于纠缠分布，其中一种离子种类可以产生离子-光子纠缠，这对于与网络的光学接口是有用的，而另一种离子种类具有长的存储寿命，对于量子比特存储是有用的。我们考虑一个架构的中继器的基础上，这样的双物种捕获离子系统。我们提出并分析了一个协议的基础上的空间和时间模式复用的纠缠分布在这样的中继器的线网络。我们的协议提供了增强的速率相比，以前报告的速率为这样的中继器。我们确定在中继器所需的离子资源，以达到增强的速率，以及最佳的速率时，可达到的限制被放置在中继器的数量和每个中继器的离子的数量。我们的研究结果支持了短期捕获离子系统作为长距离量子通信的量子中继器的情况。
2022-02-26 quant-ph
On the error analysis of quantum repeaters with encoding
光信号的损耗与距离成指数关系。量子中继器是通过将总距离分成较短部分来解决量子通信中这些损失的设备。如今，两种类型的量子中继器是量子信息领域的研究主题：使用双向通信的中继器和仅使用单向通信的中继器。在这里，我们解释的第二种类型的中继器的性能分析的细节。此外，我们比较了两种不同的方案。最后，我们展示了性能分析如何推广到大规模量子网络。
2015-08-10 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
Overcoming the rate-distance barrier of quantum key distribution without using quantum repeaters
量子密钥分发（QKD）允许两个相距遥远的方共享加密密钥，并且具有基于物理定律的安全性。在实验上，它是用光学手段实现的，在独立于测量设备的配置中，50公里标准光纤上的关键速率为1.26兆比特/秒，404公里超低损耗光纤上的关键速率为1.16比特/小时。提高QKD的比特率和范围是一个艰巨但重要的挑战。一个相关的目标，目前被认为是不可行的没有量子中继器，是克服基本的速率距离限制的点对点量子密钥分配。在这里，我们介绍了一个概念上的新方案，相位随机光场对首先在两个遥远的位置产生，然后在一个中央测量站相结合。赋予相同随机相位的场是“孪生”，并且可以用来加密量子密钥，正如我们在明确的安全假设下证明的那样。这种双场QKD（TF-QKD）的密钥速率显示出与量子中继器相同的距离依赖性，与信道透射率的平方根成比例，而不管谁控制测量站。然而，从量子中继器的角度来看，新方案在当前技术下是可行的，即使在550公里的标准光纤上也能提供可管理的噪声水平。这有望克服QKD的速率距离障碍，并大大扩展安全量子通信的范围。
2018-11-16 quant-ph
Quantum Logic Using Linear Optics
为了使量子通信系统得到广泛应用，可能有必要开发能够扩展量子密钥分发系统的范围并纠正量子信息传输中的错误的量子中继器。基于线性光学技术的量子逻辑门在量子中继器的研制中有着广阔的应用前景，在量子计算中也有着重要的应用前景。在这里，我们描述了基于线性光学的逻辑门的基本原理，以及这种设备的几个实验演示的结果。本文还讨论了单光子源和光子存储器的原型。这些设备可以与四量子比特编码相结合，以实现量子中继器。
2004-02-15 quant-ph
All-Optical Long-Distance Quantum Communication with Gottesman-Kitaev-Preskill qubits
量子中继器是实现长距离量子通信的一个有前途的平台，因此可以构成安全量子互联网、可扩展量子网络或分布式量子计算机的骨干。以单光子或多光子状态编码信息的中继器协议受到传输损耗和实施纠缠门或贝尔测量的成本的限制。在这项工作中，我们考虑使用Gottesman-Kitaev-Preskill（GKP）量子比特实现量子中继协议。这些量子比特是量子中继器协议的自然元素，因为它们允许确定性的高斯纠缠操作和贝尔测量，可以在室温下实现。GKP编码还能够校正小的位移误差。在附加高斯噪声的代价下，光子损失可以通过应用相位不敏感放大器转换成随机位移误差通道。在这里，我们表明，可以实现类似的转换，在双向中继器协议，通过使用相敏放大应用在测量数据的后处理，从而减少整体高斯噪声每（足够短）中继段。我们还研究了将GKP代码与更高级别的量子位代码连接起来，同时利用模拟综合征数据，后选择和路径选择技术来提高通信速率。我们计算了安全密钥速率，发现GKP中继器可以实现相对于基于光子量子比特的方法的比较性能，同时使用数量级更少的量子比特。
2021-08-02 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
Phase noise measurements in long fiber interferometers for quantum repeaters applications
许多长距离量子通信协议要求光纤长距离上的干涉相稳定性。在本文中，我们调查的相位噪声在长光纤在实验室环境中，在城市环境中安装的商业光纤在短时间尺度（高达数百我们）。我们表明，在长光纤环路中的光脉冲的行程时间期间的相位波动是足够小的，以获得高可见度的一阶干涉条纹在Sagnac干涉仪配置的光纤长度高达75公里。我们还测量马赫-曾德尔干涉仪在安装的光纤臂长36.5公里的相位波动。我们验证了相位噪声服从高斯分布，并测量了作为时间差的函数的平均相位变化。0.1弧度的平均相位变化所需的典型时间是100 μ s的量级，这提供了关于可用于主动相位稳定的时间尺度的信息。我们的研究结果是相关的量子中继器在安装光纤网络的未来实现。
2008-08-18 quant-ph
Entanglement over global distances via quantum repeaters with satellite links
我们研究基于量子中继器架构的全球距离上的纠缠创建，该架构使用配备纠缠光子源的低地球轨道卫星，以及配备量子非破坏探测器和量子存储器的地面站。我们表明，这种方法允许纠缠创建在可行的速率超过距离，是无法通过直接传输通过光纤，甚至从非常遥远的卫星。
2014-10-20 quant-ph
Hamiltonians for one-way quantum repeaters
由于传输信道不可避免的缺陷，量子信息随着距离而退化，其中损耗是主要因素。这个简单的事实阻碍了量子通信，因为它依赖于传播量子系统。这个问题的解决方案是沿着有损信道以规则的间隔引入量子中继器，以恢复量子信号。在这项工作中，我们研究了酉单向量子中继器，它不需要执行测量，不需要量子存储器，因此比其他方案简单得多。我们介绍和分析了两种方法来构建产生中继器的相互作用，可以击败的基本repeaterless的关键速率约束，即使在存在额外的耦合损耗，与信号，只包含少数光子的哈密顿量。这项工作的自然演变将是通过组合简单的光学元件来近似中继器相互作用。
2018-06-28 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
Quantum repeaters free of polarization disturbance and phase noise
原有的基于单光子干涉的量子中继协议存在信道相位噪声的问题，使得远距离量子通信无法实现。幸运的是，双光子干涉型量子中继器可以不受信道相位噪声的影响。然而，这种类型的量子中继器仍然可能遭受信道的偏振扰动。基于反对称Bell态$|ψ^->=(|H>|V>-|V>|H>)/\sqrt{2}$在集体噪声下的不变性，提出了一种不受信道偏振扰动的量子中继协议.我们的协议也是免疫相位噪声与Sagnac干涉仪配置。通过单原子腔QED技术和线性光学，该方案可以很容易地实现。
2009-02-26 quant-ph
Long-distance quantum communication sending single photons and keeping many
Institute of Physics, Johannes Gutenberg-Universität Mainz（美因茨约翰内斯·古腾堡大学物理研究所）
本文提出了一种基于量子存储的全光量子中继器，通过单光子态传输实现远距离量子通信，支持最大10000公里的通信距离。
2025-12-21 quant-ph
Experimental quantum repeater without quantum memory
量子中继器-可扩展量子互联网的重要组成部分-使纠缠能够在长距离上分布。量子中继器的标准范例依赖于量子存储器的必要的苛刻要求。尽管取得了重大进展，但量子存储器的有限性能使得实用的量子中继器仍然是一个巨大的挑战。值得注意的是，提出的全光子量子中继器通过利用中继器节点中的图形状态来避免对量子存储器的需要。在这里，我们使用线性光学进行全光子量子中继器的实验演示。通过操纵一个12光子干涉仪，我们实现了一个2 × 2的并行全光子量子中继器，并观察到比标准并行纠缠交换的纠缠产生率提高了89%。这些结果为设计具有高效单光子源和光子图态的中继器开辟了一条新的途径，并表明全光子方案代表了一条替代路径-与基于物质记忆的方案平行-实现实用的量子中继器。
2019-08-14 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
Hybrid quantum repeater based on resonant qubit-field interactions
我们提出了一种基于辅助相干场态和物质量子比特耦合到光腔的混合量子中继器。为此，确定了谐振量子位场相互作用和后选择场测量，其能够实现用于量子中继器的致动的所有必要的双量子位操作。我们探讨了在长距离上产生近最大纠缠量子比特对（$F>0.999$）的理论和实验可能性。结果表明，我们的计划显示适度低的中继率，之间的$5 \times 10^{-4}$和$23$对每秒，在距离高达$900$公里，它完全依赖于目前的技术腔量子电动力学。
2018-06-13 quant-ph
Repeaters for Continuous Variable Quantum Communication
光通信是当今互联网的核心，目前通过在远程位置之间传输强光信号来实现。当我们展望电信的未来时，量子力学承诺了能够传输和处理信息的新方法。利用多光子态的量子密钥分发和量子隐形传态的演示已经完成，但仅限于100公里的范围。为了超越这一点，我们需要与这些量子多光子连续变量脉冲兼容的中继器。在这里，我们提出了一个连续变量量子中继器的设计，可以分布纠缠和纯双模压缩状态在任意长的距离与成功的概率，尺度仅与距离多项式。所提出的量子中继器由几个基本的已知构建模块组成，例如用于纠缠蒸馏的非高斯操作和迭代高斯化协议（用于保留最终状态的高斯特性），但补充了一个预示性的非高斯纠缠交换协议，这使我们能够避免量子高斯化的大量迭代。我们描述了该方案的性能，在量子密钥分发的密钥速率，并显示可以产生一个安全的密钥超过数千公里。
2016-11-09 quant-ph
