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
Hybrid Quantum Repeater Chains with Semiconductor Quantum Dots and Group-IV-Vacancy Color Centers in Diamond
本文提出一种混合量子中继架构，结合量子点和钻石空位色心，通过优化设计实现远距离高保真度纠缠分布，展示其在下一代量子网络中的应用潜力。
2025-12-01 quant-ph
Hybrid quantum repeater using bright coherent light
我们描述了一个用于长距离量子通信的量子中继协议。在该方案中，通过使用弱色散光-物质相互作用并在站之间分配出射的明亮相干光脉冲，在通道的中间站处的量子比特之间产生纠缠。然后通过零差检测和后选择以高成功概率制备了电子自旋的噪声纠缠对。用于纠缠纯化和交换的本地门是确定性的和无测量的，基于与初始纠缠分布相同的相干光资源和弱相互作用。最后，纠缠被存储在基于核自旋的量子存储器中。在我们的系统中，量子比特通信速率接近100 Hz，超过1280 km，具有接近99%的准确度，对于合理的本地门误差是可能的。
2006-06-22 quant-ph
Centre-of-mass motion-induced decoherence and entanglement generation in a hybrid quantum repeater
长距离量子通信依赖于在两个远程量子节点之间产生纠缠的能力。最近针对实验实现的建议提出了一种混合量子中继器设置，其中两个遥远的物质量子比特通过光-物质相互作用纠缠。受这些发展的启发，我们研究了可能的退相干效应起源于空间分离的量子比特的质心运动。在Lamb-Dicke机制中，我们使用涉及辐射场相干态的光子交换来纠缠两个物质量子比特。最佳广义光子场测量用于实现纠缠量子比特对具有高的成功率和高的成功概率。我们证明了可实现的两量子比特纠缠的质量关键取决于所涉及的陷阱频率。此外，提出了动态解耦方案，该方案能够显著抑制质心运动引起的退相干效应，并且仅涉及作用于空间分离良好的材料量子比特的局部操作。
2013-11-08 quant-ph
A hybrid quantum repeater for qudits
我们提出了一个“混合量子中继器”协议，用于远距离分配原子纠缠态。在我们的方案中，两个量子点的不完美噪声纠缠对，即，两个离散变量$d$级系统最初在信道的中间站之间共享，每个系统原则上具有任意维度$d$。这是通过局部的，足够强的光-物质相互作用来实现的，涉及光学相干态及其在这些相互作用之后的传输，以及对传输场模式的光学测量，尤其（但不限于）有效的连续可变零差检测（“混合动力”）这里指的是同时利用离散和连续的可变自由度来进行纠缠态的本地处理和存储，以及它们的非本地分布）。对于qutrits，我们量化的光物质纠缠，可以有效地通过一个基本的有损信道共享，并为中继器的间距高达10公里，我们表明，现实的（有损）qutrit纠缠甚至大于任何理想的（无损）量子比特纠缠。包括量子纠缠纯化和交换程序后，我们计算的长距离纠缠对分布率和最终的纠缠态的最大通信距离为1280公里。经过三轮净化，接近单位保真度的纠缠量子点对可以以原则上100 Hz的速率分布在1280 km以上。
2017-08-30 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
Global-scale quantum networking using hybrid-channel quantum repeaters with relays based on a chain of balloons
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）
本文提出基于气球式空中中继与地面中继结合的混合信道量子中继方案，通过优化光束腰位置和自适应光学系统，实现10000公里距离下的高效率量子纠缠分发，为未来全球量子网络提供可行方案。
2026-02-21 quant-ph
Hybrid Error-Management Strategies in Quantum Repeater Networks
量子网络有望增强分布式量子计算和长距离量子通信，同时提供无条件的安全性。由于量子纠缠对于量子网络是必不可少的，来自各种类型的噪声和退相干的主要问题阻止了它的实现，并且研究已经非常活跃以获得量子网络的最佳配置。在这项工作中，我们解决的量子网络的性能能够量子纠错和纠缠纯化。我们的研究结果表明，一个应该尽可能快地分发贝尔对，同时平衡部署的保真度增强。我们还显示了合适的混合策略，在量子密码任务下的一些噪声制度，需要使用净化和量子纠错在一起。我们的研究结果表明，使用纯化分配高保真贝尔对和保存它们的应用程序使用量子纠错是一个有前途的方式来实现一个短期的量子网络的安全通信。
2023-03-18 quant-ph
Ultimate-rate quantum repeaters for quantum communications
针对量子通信速率受传输距离限制的问题，论文提出可实现量子中继器网络极限端到端速率的物理中继设计，同时给出具备近期实际应用潜力的实用化中继方案，助力突破无中继量子通信的速率-距离极限。
2023-06-15 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
Secret key rates for an encoded quantum repeater
我们研究了量子中继器的秘密密钥速率，使用编码[L。Jiang等人，A 79，032325（2009）]，并将它们与Briegel、Dür、Cirac和Zoller的标准中继器方案进行比较。前一种方案具有经典通信消耗最小的优点。我们分析了通信时间和所需资源之间的秘密密钥速率的权衡。为此，我们引入了一个使用编码的中继器的误差模型，该模型允许输入贝尔态的保真度小于1，与[L. Jiang等人，A 79，032325（2009）]。我们表明，可以纠正额外的错误，在编码连接过程中的中继器，并制定一个合适的解码算法。此外，我们推导出使用编码的量子中继器产生纠缠对的速率，并给出了建立非零密钥的最小参数（门质量和初始保真度）。我们发现，通用的量子中继器是最佳的每内存每秒的密钥速率，并表明，使用简单的三量子比特重复码的编码量子中继器甚至可以有一个优势，相对于其他最近的量子中继器方案与编码的资源。
2014-01-27 quant-ph
Quantum repeaters and quantum key distribution: the impact of entanglement distillation on the secret key rate
本文研究了量子密钥分发中的量子中继器。针对不同的蒸馏协议和蒸馏策略，我们优化了每内存每秒的密钥速率。为此，我们还推导出了量子中继器产生的纠缠对的平均数量的解析表达式，包括纠缠交换和纠缠蒸馏的经典通信时间。我们调查的影响，这个经典的通信时间上的秘密密钥速率。最后研究了检测器效率对密钥速率的影响。
2013-03-14 quant-ph
Rate limits in quantum networks with lossy repeaters
在某些量子中继器网络上的通信极限的推导为评估近期量子通信协议提供了非常有价值的基准。然而，这些界限通常是在理想设备的限制下得出的，并且留下了关于实际实现的性能的问题。为了应对这一挑战，我们量化了中继站中损耗的存在如何影响线性中继链和更复杂的量子网络上量子通信的最大可达速率。扩展节点分裂的框架，我们在中继站引入的损失模型，然后证明相应的限制。在线性链的情况下，我们表明，通过增加中继站的数量，最大速率不能克服的数量，这仅仅取决于一个单一的站的损失。我们介绍了一种方法，以适应标准的机械获得这个现实的情况下的界限。不同之处在于，虽然可以在给定固定信道的情况下导出任何策略的最终限制，但是当中继器引入附加的去相干时，则有效的总体信道本身是所选择的中继器策略的函数（例如，单向对双向经典通信）。中继器策略的类别可以使用额外的建模进行分析，并且随后的界限可以被解释为该类内的最佳速率。
2022-03-06 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
Device-independent secret-key-rate analysis for quantum repeaters
设备无关的量子密钥分发（QKD）方法的目标是在两个或多个具有不可信设备的参与方之间建立秘密密钥，可能处于量子对手的完全控制之下。QKD协议的性能可以通过密钥速率来量化，密钥速率可以通过在具有不可信设备的设置中违反适当的贝尔不等式来下界。我们研究了不同量子中继器设置的设备无关场景中的密钥速率，并将其与设备相关模拟进行比较。正在考虑的量子中继器设置是Briegel等人的原始协议和van Loock等人的混合量子中继器协议。对于给定的中继器方案和给定的QKD协议，密钥速率取决于各种参数，例如门质量或检测器效率。我们系统地分析了这些参数的影响，并提出了优化策略。
2018-01-31 quant-ph
Multiplexed multipartite quantum repeater rates in the stationary regime
本研究通过马尔可夫链分析多部分星形图中多路复用中继器的静态速率，推导闭式表达式并证明其随存储器数量饱和，且结果适用于两方链。
2025-05-23 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
Coupling of a quantum memory and telecommunication wavelength photons for high-rate entanglement distribution in quantum repeaters
量子中继器是远距离量子通信不可或缺的工具。然而，纠缠光子源和远程量子存储器之间的频率匹配是困难的，这是实现量子中继器的一个障碍。在本文中，我们展示了一种方法来实现耦合的Pr：YSO作为一个固定时间的QM与一个单一的倍频波长的光子通过频率稳定使用光学频率梳在所有应用的激光波长。所展示的方法可以实现量子中继器方案，从而提高纠缠产生率，为长距离量子通信铺平道路。
2021-12-02 quant-ph
Design and Analysis of Communication Protocols for Quantum Repeater Networks
我们分析了量子中继器网络的性能如何取决于用于分发纠缠的协议，并且我们发现中继器到中继器链路协议的选择对通信速率作为硬件参数的函数具有深远的影响。我们开发了使用不同协议的量子网络的数值模拟，其中中继器硬件根据关键性能参数（如光子产生速率和收集效率）进行建模。这些参数的动机是最近的实验演示量子点，囚禁离子，金刚石中的氮空位中心。我们发现，一个量子点中继器与最新的协议（“中点源”）提供了最高的通信速率时，有很低的概率建立纠缠每次传输，在某些情况下，该速率的数量级高于其他计划。我们的模拟工具可用于评估通信协议，作为设计大规模量子网络的一部分。
2015-05-06 quant-ph
On the waiting time in quantum repeaters with probabilistic entanglement swapping
实现量子中继器的标准方法依赖于概率性的但预示着的纠缠态操纵和量子态的存储，同时等待成功的事件。在关于这类中继器的文献中，计算中继器速率通常依赖于假设足够小的概率的近似值。在这里，我们提出了一个精确和系统的方法，包括基于马尔可夫链理论的算法来计算任意数量的链接的量子中继器的平均等待时间（因此传输速率）。对于多达四个中继段，我们明确给出了任意纠缠交换概率的精确速率公式。从三个部分开始，我们探索了具有任意（不仅是加倍）和动态（不仅是预定的）连接的方案。有限的记忆时间的影响也被认为是相对影响的经典通信（预示信号）显着增长的概率较大。相反，我们证明了小交换概率的量子中继器中的等待时间的统计行为不能单独由其平均值和额外的统计量词是必要的。对于大型中继器系统，我们提出了一个递归的方法，根据准确，但仍然有效地计算足够小的子中继器的等待时间。这种方法导致更好的中继器速率的下限相比，现有的计划。
2019-09-16 quant-ph
Supporting multiple entanglement flows through a continuous-variable quantum repeater
量子中继器对量子网络的发展至关重要，它使纠缠分发的速率超过了直接传输所能达到的速率。我们考虑多个连续变量，压缩光为基础的纠缠流通过中继器，涉及无噪声线性放大和双零差检测。通过分析一个单中继器增强的信道模型与跨中继器的非对称损耗，我们确定了最佳的位置，在一个4用户的轴辐式网络的中央中继器集线器，使通过集线器的每个纠缠流的速率增强。
2022-10-13 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
Overcoming the repeaterless bound in continuous-variable quantum communication without quantum memories
量子通信的主要问题之一是如何在长距离上实现高速率。量子中继器，即，不可信的中间中继站是克服无中继器界限所必需的，该无中继器界限设置了无中继器通信的基本速率-距离限制。在这项工作中，我们引入了一个连续变量协议，它克服了无中继器的限制，并使用一个称为“量子中继器”的线性光学设备，将纠缠蒸馏和纠缠交换元素结合到一个单一的步骤中，从而消除了对量子存储器的需求。实现一个标准的连续变量量子密钥分发协议，使用我们的中继器，我们预测的密钥速率超过无中继器的界限。我们的协议适用于非理想的单光子源和非理想的单光子探测器，并可以容忍一定程度的过量噪声，使我们的协议与现有技术的实施。我们表明，我们的计划可以扩展到更长的中继链使用量子存储器，使用更少的物理资源比以前的计划。此外，对于密钥分发之外的应用，我们的方案推广到更高阶，并以降低成功概率为代价提取更多的纠缠。
2021-05-08 quant-ph
Role of syndrome information on a one-way quantum repeater using teleportation-based error correction
本文在Muralidharan等人工作的基础上研究了一种用于量子密钥分发的量子中继器方案，物理修订版信函112，250501（2014）。我们的计划扩展了这项工作，利用误差综合征测量结果可在中继站。我们展示了如何计算的情况下，优化的综合症信息的秘密密钥速率，而已知的密钥速率是基于粗粒度的综合症信息的情况下。我们表明，这些关键率可以超过Pirandola-Laurenza-Ottaviani-Banchi界的秘密密钥率的直接传输在有损玻色子信道。
2016-07-25 quant-ph
Rate-loss analysis of an efficient quantum repeater architecture
我们分析了一个基于纠缠的量子密钥分发（QKD）架构，该架构使用线性链的量子中继器，采用光子对源，光谱复用，线性光学贝尔态测量，多模量子存储器和经典的错误校正。假设完美的来源，我们找到了一个确切的表达的秘密密钥速率，和分析描述如何通过中继器链传播的错误，作为一个功能的各种损失和噪声参数的设备。我们通过一个显式的分析计算，其中分别解决的原则非理想性的影响，该方案实现了一个秘密的密钥速率，超过了TGW界-最近发现的基本限制率与。通过直接光链路上的任何QKD协议可实现的损耗缩放-从而提供中继器协议的功效的第一个严格证明之一。我们显式地计算了中继链产生的端到端共享噪声量子态，这对于分析其他需要建立长距离纠缠的非QKD量子协议的性能是有用的。我们评估共享状态的保真度和可实现的纠缠蒸馏率，作为中继器节点的数量，总范围，以及系统的各种损耗和噪声参数的函数。我们扩展我们的理论分析，包括非零的两对发射概率的来源，使用一个有效的精确数值评估的量子态的传播和测量。我们希望我们的研究结果能刺激其他中继器协议的正式率损分析，并提供有用的抽象种子分析复杂拓扑结构的量子网络。
2015-09-14 quant-ph
Continuous-variable quantum repeater based on quantum scissors and mode multiplexing
量子中继器对于高速率、长距离的量子通信是不可或缺的。未来量子互联网的愿景很大程度上取决于在实践中实现量子中继器。已经提出了许多中继器用于基于离散变量（DV）的单光子量子通信。在电磁场模式的正交自由度上的连续变量（CV）编码提供了一种有吸引力的替代方案。例如，CV传输系统与其DV对应物相比更容易与现有的光学电信系统集成。然而，CV的复读生仍然难以捉摸。我们提出了一种新的量子中继器方案，用于在有损玻色子信道上进行CV纠缠分发，该方案克服了直接传输指数率损耗折衷。该方案涉及中继器节点，包括a）双模压缩真空（TMSV）CV纠缠源，b）量子剪刀操作以执行有损TMSV状态的非确定性无噪声线性放大，c）由第二代DV中继器启发的切换模式复用层，这是除了使DV中继器工作的概率纠缠纯化之外的关键成分，以及d）非高斯纠缠交换操作。我们报告我们的确切结果的速率损失包络实现的计划。
2020-01-19 quant-ph
Quantum Repeater Protocol using Quantum Error Correction for Distillation
Wyant College of Optical Sciences, University of Arizona（亚利桑那大学怀特光学科学学院）；Department of Electrical and Computer Engineering, University of Arizona（亚利桑那大学电气与计算机工程系）；Department of Electrical and Computer Engineering, University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校电气与计算机工程系）
本文提出利用量子纠错码实现确定性纠缠提纯，通过全局链路状态知识优化中继器的提纯和贝尔态测量调度，以提高端到端纠缠质量。
2026-03-25 quant-ph
Optimized protocol to create repeater graph states for all-photonic quantum repeater
全光子量子中继器由于中继器图态（RGS）的产生困难和Bell态测量的概率性质，目前还没有商业应用。近年来，已经提出了几种确定性协议来生成RGS。然而，他们只能创建裸RGS和确定性方法的速率距离分析目前缺失。我们提出了一个确定性的生成方案的编码RGS和优化后，使用我们的方案的中继器执行至少4.9倍优于传统的概率生成方案的秘密密钥速率，与显着减少的光子总数的2个数量级。我们的生成协议的持续时间只有现有的确定性方案的一半。我们还详细描述了一个实验方法，使用腔QED增强共振荧光和时间仓编码来实现我们的协议。
2019-03-28 quant-ph
Subexponential rate versus distance with time-multiplexed quantum repeaters
使用长度上的直接传输的量子通信容量- $L$光纤缩放为$R \sim e^{-αL}$，其中$α$是光纤的损耗系数。使用配备有量子存储器、概率贝尔状态测量（BSM）和用于空间复用的开关的线性量子中继器链实现的速率，但没有量子纠错，被证明超过了直接传输容量。然而，该速率仍然随着端到端距离呈指数衰减，即，$R \sim e^{-s{αL}}$和$s < 1$。我们表明，时间复用的引入-即，在中继器节点处的量子位之间执行BSM的能力导致亚指数速率-vs.-，所述中继器节点处的量子位以{ \em different}时间步长与不同相邻节点处的量子位成功纠缠。距离缩放，即，$R \sim e^{-t\sqrt{αL}}$，这是不能仅通过空间或频谱复用实现的。我们评估分析上限和下限，这个速率，并获得准确的速率通过数值优化的时分复用块的长度和中继节点的数量。我们进一步证明，在用于实现时间复用的光开关中引入损耗会降低速率与时间复用的关系。距离性能，最终回落到指数缩放非常有损开关。我们还研究了量子存储器退相干模型，并描述了最佳的操作制度，以保持所需的时间复用的提升。量子记忆退相干被认为是更有害的中继器的性能超过开关损耗。
2021-11-19 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
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
Finite-range multiplexing enhances quantum key distribution via quantum repeaters
量子中继器代表了实现长距离量子密钥分发的一种可能方式。Collins等人在[Phys.Rev.Lett. 98，060502（2007）]提出了多路复用作为增加中继器速率并降低存储器相干时间要求的方法。受实验事实的启发，长距离连接实际上是苛刻的，在本文中，我们扩展了原来的量子中继器复用协议的情况下，短距离连接。我们推导出的中继器速率的解析公式，我们表明，对于短的连接长度，它是可能有一个全范围的多路复用协议的大部分好处。然后，我们将量子存储器的退相干，我们研究的最佳匹配的贝尔状态测量协议允许最小化存储器的要求。最后，我们计算的密钥速率，我们表明，通过有限范围复用的改善是相同的数量级，通过全范围复用。
2013-09-04 quant-ph
Quantum repeater architecture with hierarchically optimized memory buffer times
我们提出了一个量子中继协议和架构，通过优化量子存储器缓冲时间来减轻纠缠态的退相干。该协议在所有嵌套层的平均访问状态下最大化可交换纠缠的速率。与不优化缓冲时间的规范协议相比，可实现的速率高出几个数量级。所提出的设计的优点是观察到的所有嵌套层次的中继器技术上可行的内存质量，纠缠生成和交换成功概率。
2019-03-20 quant-ph
Measurement-Based Entanglement Distillation and Constant-Rate Quantum Repeaters over Arbitrary Distances
提出可利用任意稳定子码的基于测量的纠缠纯化与量子中继协议，并以 QLDPC 码实现任意距离恒定产率 Bell 态分发及容错阈值。
2025-09-28 quant-ph
Quantum repeaters with imperfect memories: cost and scalability
记忆退相及其对量子中继器中纠缠产生速率的影响。对于依赖于概率方案的纠缠分布和连接的系统，我们估计我们的优化部分嵌套协议的最大可实现的速率每使用的内存。我们表明，对于任何给定的距离$L$，多项式缩放率与距离只能实现，如果量子存储器的相干时间的顺序为$L/c$或更长，与$c$是光的速度在通道中，是可用的。当相干时间为$τ_c \ll L/c$时，上述速率随着距离以$\exp[-\sqrt{(L/c)/ τ_c}]$的幂下降。
2009-09-12 quant-ph
One-way quantum repeater based on near-deterministic photon-emitter interfaces
提出了一种基于光子树簇态的单向量子中继器结构。在光子树簇中编码量子比特可以保护信息免受传输损失，并通过中继站链实现长距离量子通信。与受双向通信时间限制的传统方法相反，当前量子中继器协议的总体传输速率由本地处理时间确定，从而实现非常高的通信速率。我们进一步表明，这样的中继器可以构造为每个中继站只有两个固定量子比特和一个量子发射器，这显着增加了实验的可行性。我们讨论了潜在的实现与钻石缺陷中心和半导体量子点有效地耦合到光子纳米结构，并概述了如何将这样的系统集成到中继站。
2020-07-09 quant-ph
Exact rate analysis for quantum repeaters with imperfect memories and entanglement swapping as soon as possible
我们提出了一个精确的速率分析的秘密密钥，可以在两方之间共享采用线性量子中继链。我们的主要动机之一是解决这样一个问题，即简单地将量子存储器沿着量子通信信道放置在现实环境中是否有益。底层模型假设单自旋量子存储器的确定性纠缠交换，并且它排除了概率纠缠蒸馏，从而排除了更高嵌套级别上的双向经典通信。在这个框架内，我们确定了任何最佳中继器方案的基本属性：并行纠缠分发，纠缠交换尽快和并行量子存储尽可能少。虽然这些特征对于具有一个中间站的最简单的中继器是明显的或微不足道的，但是对于更多的站，它们不能总是被组合。我们提出了一个最优方案，包括信道损失和记忆移相，证明了它的最优性的情况下，两个站和演示它的一般情况。在一个更现实的设置中，我们考虑了额外的工具和参数，如内存截止，多路复用，初始状态和交换门的性能，以及有限链路耦合效率，以便识别超出一个中间站的存储器辅助的量子密钥分发中的超过最小量子中继器的速率的潜在机制以及在所有中间站中可获得的那些机制。不受固定记忆量子比特和双向经典通信辅助的光学方案。
2022-03-19 quant-ph
Boosting end-to-end entanglement fidelity in quantum repeater networks via hybridized strategies
针对量子中继网络中仅用纠缠纯化或量子纠错无法满足安全量子密钥分发保真度要求的问题，提出在纯化基础上叠加量子纠错的混合策略，仿真证明其可产生高保真度贝尔对，并确定了适用错误参数范围。
2024-05-16 cs.NI 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
Quantum key distribution over quantum repeaters with encoding: Using Error Detection as an Effective Post-Selection Tool
提出了一种基于量子错误检测的后选择技术，用于运行在带编码的量子中继器上的量子密钥分发（QKD）系统。在这种中继器中，量子纠错技术被用于纠缠蒸馏。通过开发一种分析方法来研究这种量子中继器，我们表明，在量子密钥分发的背景下，使用错误检测，而不是错误校正，底层代码的能力来筛选出错误已被检测到的情况下，往往是更有效的。我们通过对系统关键部件中的不同错误源进行建模，实现了三量子比特重复码的技术。然后，我们详细研究了这种缺陷对量子密钥分发系统的密钥生成速率的影响，以及如何使用纠缠交换和解码阶段获得的信息来最大限度地提高速率。出于基准测试的目的，我们指定了设置中不同组件的最大允许错误率，低于该错误率可以获得正的关键率。
2020-07-13 quant-ph
Single-Satellite Quantum Repeater Performance Analysis
SUPA Department of Physics, University of Strathclyde（斯特拉斯克莱德大学）；School of Mathematical and Physical Sciences, University of Sheffield（谢菲尔德大学）；Dahlem Center for Complex Quantum Systems, Freie Universität Berlin（柏林自由大学）；Fraunhofer Centre for Applied Photonics（弗劳恩霍夫应用光子学中心）
研究单卫星与地面站之间纠缠分布的性能，对比直接双下行纠缠分发与空间量子中继在不同过顶几何结构下的表现，分析长期纠缠分布性能及高度依赖性。
2026-10-30 quant-ph
All-photonic quantum key distribution beyond the single-repeater bound
Toshiba Europe Ltd（东芝欧洲有限公司）；University of Vigo（维戈大学）
本文提出一种全光量子密钥分发协议，在不进行错误校正的情况下超越单中继限制，通过调整量子信号速度实现更高的密钥率。
2026-04-17 quant-ph
Optimising repeater schemes for the quantum internet
使用直接传输执行量子通信任务的速率从根本上受到信道损耗的阻碍。原则上，量子中继器可以克服这些限制，但它们的引入必然会给纠缠的分布增加额外的复杂性。这种额外的复杂性--以及纠缠产生、贝尔交换和纠缠蒸馏等过程的随机性--使得找到好的量子中继器方案变得不容易。我们开发了一种算法，可以有效地执行一个启发式优化的量子中继器方案的一个子集一般中继器平台。我们发现一个强大的改进生成率相比，优化一个更简单的类的中继器方案的基础上BDCZ中继器计划。我们使用该算法来研究三种不同的实验量子中继器实现其分发纠缠的能力，我们称之为\emph{information processing}实现，\emph{multiplexed}实现，以及两者的组合。我们进行这种启发式优化的中继器方案，为这些实现的参数范围广，不同的实验设置。这使我们能够估计什么是最关键的参数，以改善纠缠产生，有多少中继器使用，以及哪些实现在其产生纠缠的能力表现最好。
2020-06-22 quant-ph
Memory-corrected quantum repeaters with adaptive syndrome identification
该研究通过引入校验矩阵模型分析编码量子存储器对中小型量子中继器密钥率的影响，发现5量子比特码和Steane码性能更优，能提升存储器相干时间并降低资源开销，使内存校正中继器在未编码中继器失效的参数下生成密钥且速率更高。
2025-02-11 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
Multiplexed quantum repeaters based on single-photon interference with mild stabilization
本文提出一种基于单光子干涉的量子中继器方案，通过降低相位稳定难度并利用多模量子存储器和双光子源等可行技术，实现了比现有方案更高的端节点纠缠分发率，推动了多模量子中继器发展。
2024-02-03 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
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
Efficient quantum repeater in perspectives of both entanglement concentration rate and LOCC complexity
量子纠缠是许多重要的量子信息处理任务不可或缺的资源。但是，由于量子信道中的噪声，在实际中很难在长距离上分布量子纠缠。量子中继器是解决这一挑战的一个方案，它可以延长纠缠分发的距离。在该方案中，经典通信和本地操作的时间消耗在时间效率方面占有重要地位。基于这一观察，我们不仅从最佳纠缠集中率的角度，而且从局域操作和经典通信的复杂性的角度，利用基本的量子中继器方案。首先，我们考虑了两个双量子比特纯态的情况。我们构造了一个具有最优纠缠集中率和较少的本地操作和经典通信消耗的协议。我们还找到了一个标准的投影测量，以达到最佳的概率。其次，我们利用的情况下，两个一般的纯态的准备和一般的测量被认为是。我们得到了一个成功的测量操作产生一个最大纠缠态的概率的上限，而无需任何进一步的本地操作。
2017-10-08 quant-ph
Capacity-approaching quantum repeaters for quantum communications
在当今的量子通信中，主要问题之一是缺乏能够同时确保高速率和长距离的量子中继器设计。最近的文献已经建立了端到端的能力，这些能力可以通过量子网络中最通用的量子和私有通信协议来实现，包括量子中继器链的情况。然而，是否存在接近这种能力的物理设计仍然是一个具有挑战性的目标。在这种动机的驱动下，在这项工作中，我们提出了一种连续变量量子中继器的设计，并表明它实际上可以实现这一壮举。我们还表明，即使在一个嘈杂的制度，我们的利率超过Pirandola-Laurenza-Ottaviani-Banchi（PLOB）界。我们的中继器设置是使用无噪声线性放大器，量子存储器和连续变量贝尔测量。此外，我们提出了一个非理想模型的连续变量量子存储器，我们在我们的设计中使用。然后，我们表明，潜在的量子通信速率将偏离理论容量，正如人们所期望的那样，如果量子链路太嘈杂和/或低质量的量子存储器和放大器。
2020-09-08 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 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 Rydberg-blockade coupled atomic ensembles
基于最近提出的集体编码策略，我们提出了一个利用里德伯-阻塞耦合原子系综实现量子中继器的方案。利用里德伯阻断介导的双量子比特门和有效的合作光子发射来产生光子纠缠。由于通过基于里德伯的双量子比特门的确定性纠缠交换操作，以及通过封锁效应抑制多激发错误，本方案的纠缠分发速率比其他基于系综的中继器实现的速率高出几个数量级。我们还展示了如何实现时间复用与这个系统，它提供了一个额外的加速纠缠分布。
2010-03-11 quant-ph
High-Rate and Resource-Efficient All-Photonic Quantum Repeater Architectures with 9 km Repeater Spacing
University of Massachusetts Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）；Universität Siegen（锡根大学）；Photon Queue Inc.（光子队列公司）
提出一种全光子量子中继架构，通过级联连续变量和离散变量量子纠错码（GKP码和Steane码）实现9公里中继间距，支持1000公里量子通信，并显著降低每中继站所需GKP量子比特数。
2026-08-06 quant-ph
