Multiplexed random-access optical memory in warm cesium vapor
存储大量光子量子态的能力被认为是未来光量子计算和通信技术的重要组成部分。然而，对多路复用量子存储器的研究一直集中在只有在精心准备存储介质之后才表现出良好性能的系统上。这使得在实验室环境之外应用通常更加困难。在这项工作中，我们展示了一个多路复用的随机存取存储器存储多达四个光脉冲，使用电磁诱导的透明度在温暖的铯蒸气。在Cs D1线的超精细跃迁上采用Λ-系统，我们获得了平均36%的内存储效率和3.2 μs的1/e寿命。结合未来的改进，这项工作有助于在未来的量子通信和计算基础设施中实现复用存储器。
2023-01-12 quant-ph
Single and Double-click High-Rate Entanglement Generation Between Distant Ions Using Multiplexed Atomic Ensembles
University of Copenhagen（哥本哈根大学）；Niels Bohr Institute（尼尔斯·玻尔研究所）；Center for Hybrid Quantum Networks (Hy-Q)（混合量子网络中心）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；QuTech
本文研究了通过多路原子团簇实现远距离离子单击和双击高效率纠缠生成的方法，比较了单击和双击方案的相位稳定性要求和有限效率影响，提出了最优协议的选择依赖于相位稳定性和接口效率。
2026-05-18 quant-ph
Heralded entanglement of on-demand spin-wave solid-state quantum memories for multiplexed quantum network links
ICFO - Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（光子科学研究所，巴塞罗那科学技术学院）
本文结合窄带参量光子对源与稀土掺杂晶体固态量子存储器，实现空间分离自旋波存储器间的电信预示纠缠，支持按需读取、前馈相移和15模式时间复用。
2025-10-21 quant-ph
Light Storage in Light Cages: A Scalable Platform for Multiplexed Quantum Memories
Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）；Leibniz Institute of Photonic Technology（莱布尼茨光子技术研究所）；University of Stuttgart（斯图加特大学）；Otto Schott Institute of Material Research（奥托肖特材料研究所）
本研究提出了一种基于3D纳米印刷空芯波导的光笼量子记忆平台，实现了数百纳秒的光子存储，并展示了多路复用量子记忆的潜力。
2025-03-28 physics.optics quant-ph
Entanglement Distillation and Swapping Scheduling in Quantum Repeaters with Noisy Memories
California Institute of Technology（加州理工学院）；University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；University of Chicago（芝加哥大学）
研究有噪声量子中继器网络中纠缠蒸馏与交换调度，通过分析单跳设置及蒙特卡罗模拟两跳链，明确退相干对最优操作时间的影响，如不同相干时间下各策略优劣，为大规模架构链路级原理提供见解。
2026-07-28 quant-ph
An efficient Progressive Swapping to the Middle distribution protocol adapted to imperfect quantum memories in quantum networks
Orange Innovation（橙讯创新）；INSA Lyon（里昂国立应用科学学院）
提出渐进式中间交换（PSM）协议，通过从路径两端向中间进行渐进式交换，在考虑不完美存储和保真度下降的情况下，相比其他协议提高了链路概率并保持了合理的链路保真度。
2026-05-29 cs.NI quant-ph
Multiplexed quantum repeaters with hot multimode alkali-noble gas memories
提出基于 AFC 协议的非低温惰性气体核自旋光学量子存储器，其时间带宽积达 $9.7 \times 10^{15}$，并设计了仅需 $8$ 个链路实现 $2000 \\ \mathrm{km}$ 纠缠分发的光纤量子中继器方案。
2024-07-31 cond-mat.quant-gas quant-ph
Single photon frequency conversion for frequency multiplexed quantum networks in the telecom band
高速远程量子通信需要将频率复用光子信道与量子存储器相结合。我们实验证明了一个集成的量子频率转换协议，可以在电信范围内的波分复用信道之间进行转换，效率为$55\pm 8\%$，减去噪声的HOM下降可见度为84.5%。该协议基于级联的二阶非线性相互作用，并且可以用于将宽频谱与窄带量子存储器进行接口，或者作为量子光学转发器，有效地将频率复用频谱的不同区域进行接口。
2021-04-05 physics.optics quant-ph
A cold atom temporally multiplexed quantum memory with cavity-enhanced noise suppression
未来的量子中继器架构能够在大距离上有效地分发以光的量子态编码的信息，将受益于多路复用的光子量子存储器。在这项工作中，我们展示了一个时间复用的量子中继节点在激光冷却的$^{87}$ Rb原子云。我们采用DLCZ协议，其中光子对和单个集体自旋激发（所谓的自旋波）使用写脉冲的训练在几个时间模式中创建。为了使自旋波在不同的时间模式可区分，并使选择性读出，我们控制的失相和rephasing的自旋波的磁场梯度，这会导致一个可控的可逆非均匀加宽所涉及的原子超精细水平。我们证明，通过将原子系综嵌入低精细光学腔中，多模操作中产生的附加噪声被强烈抑制。通过采用前馈读出，我们展示了高达10个时间模式的可区分检索。对于每个模式，我们证明了第一和第二光子之间的非经典相关性。此外，我们观察到的相关光子对的速率的增强，因为我们增加了存储在存储器中的时间模式的数量。报告的能力是基于多路复用量子存储器的量子中继器架构的关键要素。
2020-03-18 quant-ph
Entanglement swapping via lossy channels using photon-number-encoded states
本文提出并实验验证了一种基于光子数编码态的纠缠交换协议，无需光子量子存储器即可使成功概率随信道透过率线性下降，并通过优化初始纠缠态补偿不平衡信道损失，为有损量子网络中的鲁棒纠缠分发提供了新途径。
2024-05-07 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
Telecom-heralded entanglement between remote multimode solid-state quantum memories
未来的量子网络将能够在遥远的位置之间分配纠缠，并允许在量子通信，量子传感和分布式量子计算中的应用。这个网络的核心是在远程互连的量子节点上产生和存储纠缠的能力。虽然各种性质的远程物理系统已经成功地纠缠在一起，但这些实现都没有涵盖网络操作的所有要求，例如电信兼容性和多模操作。在这里，我们报告了两个空间分离的量子节点之间的纠缠的演示，其中纠缠存储在多模固态量子存储器中。在每个节点处，掺杂镨的晶体存储相关对的光子，其中第二个光子处于电信波长。放置在不同实验室的量子存储器之间的纠缠通过以高达1.4 kHz的速率检测电信光子来预示，并存储在晶体中预定的存储时间高达25微秒。我们还表明，所产生的纠缠是强大的，对损失的先驱路径，并演示时间复用操作，62个时间模式。我们的实现可扩展到更长距离的纠缠，并为基于固态资源的现场部署的多路复用量子中继器提供了一条可行的路线。
2021-01-13 quant-ph
On the Swapping Capacity of a Quantum Repeater
NIST（美国国家标准与技术研究院）；Univ of Maryland（马里兰大学）；Univ of Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）
该研究针对受最小保真度约束的量子中继器，采用排队模型，结合量子链路特性与相关动力学，以存储器中纠缠最大等待时间为优化变量，最大化端到端纠缠吞吐量。
2026-08-13 math.OC quant-ph
Backward propagating quantum repeater protocol with multiple quantum memories
具有多个量子存储器的量子中继器在长距离上提供高吞吐量、低延迟和高保真度量子态（量子比特）传送。然而，传统的量子中继器协议需要中继器节点中的多个量子存储器之间的完全连接，这在技术上具有挑战性。在这里，我们提出了一种基于反向传播光子发射和吸收的量子中继器协议，其中量子存储器在时域中被多路复用，以加速单个传输通道，而不需要完全连接，大大促进了物理实现。虽然该协议是用金刚石中的氮空位（NV）中心描述的，但它适用于各种物理系统，并为分布式量子计算和量子互联网开辟了高速高保真量子网络的可能性。
2022-05-09 quant-ph
Entanglement distribution with wavevector-multiplexed quantum memory
实现量子纠缠的长距离分布是实现量子保密通信和量子网络的基础。基于量子存储器的量子中继器节点有望克服量子通信的光学实现所固有的指数信号衰减。虽然当前量子存储器的性能阻碍了它们的实际应用，但具有多路复用的多模解决方案可以极大地提高纠缠分发速率。我们建议使用波矢量复用原子量子存储器（WV-MUX-QM）作为复用量子中继器架构的基本块。我们展示了WV-MUX-QM平台在扩展距离上提供准确定性纠缠生成，即使使用当前可用的量子存储设备也可以减轻光损耗的基本问题，并超越无中继器解决方案以及其他基于中继器的协议（如时间复用）的性能。我们建立了纠缠位（ebit）率每雇用的节点数作为一个实用的品质因数，反映了更大的节点间距离的成本效益。
2020-07-01 physics.optics quant-ph
CMOS-compatible, multiplexed source of heralded photon pairs: towards integrated quantum combs
我们报告了一个集成的光子对源的基础上CMOS兼容的微波谐振器，产生多个，同时，和独立的光子对在不同波长的频率梳兼容光纤通信波分复用信道（200 GHz的信道分离）和线宽，是兼容的量子存储器（110 MHz）。它在自锁泵配置中运行，无需主动稳定，即使在非常低的功率水平下也非常稳定。
2014-03-24 quant-ph
Distribution of light-matter quantum correlations with a temporally multiplexed solid-state quantum memory array
ICFO-Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（ICFO-光子科学研究所，巴塞罗那科技研究所）；ICREA, Institucio Catalana de Recerca i Estudis Avançats（ICREA，加泰罗尼亚研究与高级研究学院）
本研究利用时间复用固态量子存储器阵列，结合空间与时间复用，在39.1公里光纤上实现了电信光子与多达60个时空模式的量子关联，将相关电信光子检测速率提升60倍，为长距离量子网络奠定基础。
2026-09-15 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
Entanglement swapping with quantum-memory-compatible photons
我们报告的纠缠交换与时间仓纠缠光子对，每个构成的795 nm的光子和1533 nm的光子，这是通过在非线性晶体中的自发参量下转换创建。将两个1533 nm的光子投射到Bell态上后，通过量子态层析术验证了两个795 nm光子之间的纠缠。作为一个重要特征，795 nm光子的波长和带宽与基于Tm：LiNbO3的量子存储器兼容，使我们的实验朝着实现量子中继器迈出了重要一步。
2015-06-11 quant-ph
Multiplexed on-demand storage of polarization qubits in a crystal
长寿命的多模量子存储器是量子通信发展所需的关键部件。在这里，我们提出了时间复用存储的5光子偏振量子比特编码到弱相干态中的稀土离子掺杂晶体。使用自旋重聚焦技术，我们可以将量子比特保留超过半毫秒。时间复用使我们能够将实验的有效速率提高5倍，这强调了多模存储对于量子通信的重要性。检索时的保真度是高于最大的经典保真度与量子比特编码到单光子上实现的，我们表明，内存保真度主要是由内存的信噪比的限制。这些结果显示了基于稀土离子掺杂晶体的长寿命多模量子存储器的可行性和多功能性。
2016-01-13 quant-ph
Quantum Storage of Frequency-Multiplexed Photons Exhibiting Nonclassical Correlations with Telecom C-Band Photons
Yokohama National University（横滨国立大学）；IMS, Yokohama National University（横滨国立大学 IMS）；LQUOM, Inc.（LQUOM 公司）
本研究通过将增强腔体自发参量下转换源与原子频率梳存储器结合，实现了高频率多重性的量子存储，展示了非经典相关性与电信C波段光子的整合可行性。
2025-11-21 quant-ph
Frequency-multiplexed storage and distribution of narrowband telecom photon pairs over a 10-km fiber link with long-term system stability
远距离传输量子态的能力是量子互联网的基本要求，并且依赖于量子中继器。量子中继器涉及以高速率发射和传递光子纠缠态的纠缠光子源和可以暂时存储量子态的量子存储器。提高量子中继器的纠缠分发速率是至关重要的，而复用有望成为突破口。然而，有限的研究存在多路复用光子源和它们的耦合与多路复用量子存储器。在这里，我们演示了存储的频率复用的双光子源在电信波长在量子存储器中接受可见光波长通过波长转换后，10公里的分布。为了实现这一点，量子系统通过波长转换与频率稳定系统和降噪系统连接。系统稳定运行42 h以上。因此，它可以应用于包括需要长期系统稳定性的各种物理系统的量子中继器系统。
2023-03-03 quant-ph
Efficient multiplexed quantum memory with high dimensional orbital angular momentum states in cold atoms
本研究在冷$^{87}$Rb原子系综中实验展示了一种高效的多路复用量子存储器，将4个独立通道的高维OAM态光子合并，实现超70%存储效率和超83%保真度，为多通道量子信息处理和量子通信开辟了新途径。
2025-03-03 quant-ph
Spectral multiplexing for scalable quantum photonics using an atomic frequency comb quantum memory and feed-forward control
量子光学和量子信息科学的未来多光子应用需要同时存储许多光子状态的量子存储器，每个光子状态被编码为不同的光学模式，并且使得能够在存储期间选择任何输入和特定检索模式之间的映射。在这里，我们以量子中继器为例，展示了如何使用具有固定存储时间的光谱复用状态和存储器，从而允许光谱模式之间的映射。此外，使用Ti：Tm：LiNbO3波导冷却到3开尔文，相位调制器和光谱滤波器，我们展示了存储，然后是所需的前馈控制的频率操纵与时间仓量子比特编码到多达26个多路复用的光谱模式和97%的保真度。
2014-07-18 quant-ph
Reducing classical communication costs in multiplexed quantum repeaters using hardware-aware quasi-local policies
针对多路复用量子中继器链，本文提出硬件感知的准局部决策策略，以较低经典通信成本提升性能，并结合实验与两类存储器平台仿真验证其可行性。
2025-05-12 quant-ph
A Metropolitan-scale Multiplexed Quantum Repeater with Bell Nonlocality
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Laboratory of Quantum Information, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学量子信息实验室）；Anhui Province Key Laboratory of Quantum Network, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学安徽省量子网络重点实验室）；CAS Center for Excellence in Quantum Information and Quantum Physics, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学中国科学院量子信息与量子物理前沿卓越中心）；Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学合肥国家实验室）
本文提出一种基于时间测量的多端量子中继器协议，实现了14.5公里距离下固态量子记忆间的 heralded 非局域纠缠，并首次在城市级量子中继器中验证了贝尔非局域性。
2026-04-15 quant-ph
Continuous-Variable Multiplexed Quantum Repeater Networks
针对猫态码在量子中继器协议中密钥率极低的问题，本文提出以少量量子存储器或图态为辅助资源的猫态码量子中继器协议，将密钥率提升数个数量级，为长距离量子通信提供高效设计方案。
2024-11-22 quant-ph
Entanglement Distribution in Multi-Platform Buffered-Router-Assisted Frequency-Multiplexed Automated Repeater Chains
实现跨越全球的量子网络是当前全球的目标，其中近期和长期的实现将受益于针对特定任务优化的平台之间的连接。为此，本文提出了一种量子网络架构，其中基于NV $^-$色心的量子处理设备充当量子路由器，并且在量子路由器之间，通过基于稀土离子掺杂晶体中的吸收性量子存储器和不完美纠缠光子对源的光谱复用量子中继器来实现长距离纠缠分布。中继器和路由器之间的量子缓冲器结构的列入，虽然增加了复杂性，提高了可实现的纠缠分布率在网络中。虽然预期的速率和保真度结果是针对简单的线性网络（点对点）提出的，但复杂的拓扑结构通过在量子路由器的操作中包括额外的时间复用层而与所提出的架构兼容。根据文献中发现的参数提取的优点图为近期的情况下，并证明拟议的缓冲路由器辅助频率复用自动中继器链网络的可用性。
2021-06-10 quant-ph
Highly-Efficient Quantum Memory for Polarization Qubits in a Spatially-Multiplexed Cold Atomic Ensemble
用于飞行光学量子比特的量子存储器是量子信息科学和技术中广泛应用的关键使能器。一个关键的品质因数是整体存储和检索效率。到目前为止，尽管最近在光脉冲的高效存储方面取得了成就，但量子比特的存储效率有限。在这里，我们报告的极化量子位的量子存储器，结合了平均条件保真度超过99%和效率等于（68 $\pm$ 2）%，从而证明了一个可逆的量子位映射，更多的信息被检索比丢失。量子比特在单光子水平上用弱相干态编码，存储器基于铯原子的细长激光冷却系综中的电磁诱导透明性，空间复用用于双轨存储。这种实现方式在两个轨道上都保持了较高的光学深度，而不会在多路复用和存储效率之间折衷。我们的工作为未来量子网络功能和先进光子电路的测试提供了一个有效的节点。
2018-01-31 quant-ph
A Frequency-Multiplexed Coherent Electro-Optic Memory in Rare Earth Doped Nanoparticles
光的量子存储器是长距离量子通信和分布式量子计算等量子技术的重要组成部分。最近的研究表明，在稀土掺杂的纳米颗粒中可以观察到长的光学和自旋相干寿命，从而在块状材料上开辟了激发可能性，例如用于增强与光和其他量子系统的耦合以及材料设计。在这里，我们报告的相干光存储在Eu $^{3+}$：Y $_2$ O $_3$纳米粒子使用斯塔克回波调制存储器（SEMM）量子协议。我们首先测量了一个几乎恒定的斯塔克系数为50 kHz/（V/cm）的15 GHz的带宽，这是有希望的宽带操作。使用SEMM的光存储然后被证明达40 $μ$ s的时间。具有两个不同频率的脉冲也被存储，确认频率复用能力，并用于展示存储器的高相位保真度。
2020-06-17 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
Hong-Ou-Mandel interference of polarization qubits stored in independent room-temperature quantum memories
本文研究了室温量子存储器中偏振量子比特的Hong-Ou-Mandel干涉，实现了43%的HOM可见度，为大规模存储器辅助量子网络奠定基础。
2023-08-03 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
Configurable unitary transformations and linear logic gates using quantum memories
我们表明，一组光存储器可以作为一个可配置的线性光网络上的频率复用的光状态。我们的协议适用于任何量子存储器，采用非共振拉曼跃迁存储原子自旋中的光学信息。除了可配置性之外，该协议还提供了有利的缩放，具有越来越多的模式，其中N个存储器可以被配置为在存储和读出期间实现任意的N模式酉操作。我们展示了这个协议的多功能性，通过显示一个例子，级联存储器被用来实现一个条件CZ门。
2014-08-11 physics.optics quant-ph
Multimode capacity of atomic-frequency comb quantum memories
基于集成的量子存储器是开发多路复用量子中继器的关键，能够克服长距离有限通信时间所带来的固有速率限制。稀土离子掺杂晶体是高度多模量子存储器的主要候选者，其中可以利用时间、频率和空间复用来存储多个模式。在这种情况下，原子频率梳（AFC）量子存储器提供了大的时间多模容量，它可以很容易地与频率和空间复用相结合。在这篇文章中，我们推导出理论公式，用于量化的时间多模容量的AFC为基础的存储器，光学存储器与固定的存储时间和自旋波存储器与较长的存储时间和按需读出。时间多模容量表示在关键的存储器参数，如AFC带宽，固定延迟存储时间，存储器效率，和控制字段拉比频率。在此理论框架内，分析了目前的实验在铕和镨掺杂的Y $_2$ SiO $_5$，并认为在这些材料的时间容量更高的前景。此外，我们考虑了光谱和空间复用的可能性，以进一步增加模式容量，并给出了稀土离子的例子。
2022-02-24 quant-ph
Temporal multimode storage of entangled photon pairs
能够存储和处理纠缠光子的多路复用量子存储器对于量子网络的发展至关重要。在这种情况下，我们演示了同时存储和检索的两个纠缠光子内的固态量子存储器和测量的时间多模容量的十个模式。这是通过从参数下转换产生两个偏振纠缠对，并使用原子频率梳（AFC）协议将每对中的一个光子映射到稀土离子掺杂（REID）晶体上来实现的。我们提出了一个间接纠缠证人的概念，它可以被用作施密特数证人，我们用它来实验证明存在多个纠缠对从量子存储器中检索。我们的工作提出了REID-AFC作为一个平台兼容的时间复用的几个纠缠光子对随着一个新的纠缠认证方法有用的表征复用量子存储器。
2016-12-09 quant-ph
High dimensional entanglement between a photon and a multiplexed atomic quantum memory
复用量子存储器和高维纠缠可以提高量子中继器的纠缠产生速率和量子通信信道容量，从而改善量子中继器的性能。在这里，我们实验产生一个高维纠缠态之间的光子和集体自旋波激发存储在多路复用原子量子存储器。我们通过量子见证和形成纠缠验证了纠缠维数。然后我们利用高维纠缠态来检验Bell型不等式的破坏。我们的工作提供了一种有效的方法来产生飞行光子脉冲与原子量子界面之间的多维纠缠。
2019-11-25 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Towards a spectrally multiplexed quantum repeater
本文联合实现光谱复用腔增强SPDC源、VIPA频率选择探测与面向Tm3+:LiNbO3量子存储器的光谱滤波，并通过符合测量验证能量相关光子对的量子关联。
2023-12-07 physics.optics quant-ph
Spatial multiplexing of atom-photon entanglement sources using feed-forward controls and switching networks
光-物质量子界面是量子中继器的基本组成部分，它可以在光子和一个原子的集体激发之间产生量子关联或纠缠。内在的限制是，为了抑制多激发，制备这种非经典原子-光子关联的概率必须保持较低。为了在不引入多激励误差的情况下提高这种概率，一个有前途的方案是将多模存储器应用到接口中。时间、光谱和空间复用存储器已经取得了显著的进展，但是产生纠缠原子-光子对的可能性的提高还没有在实验上实现。在这里，通过使用6个自旋波光子纠缠源，开关网络和前馈控制，我们建立了一个多路复用的光-物质界面，然后证明了产生纠缠原子-光子（光子-光子）对的概率增加了6倍（4倍）。测得的多路复用接口的综合贝尔参数为2.49 ± 0.03，存储器寿命高达~60微秒。
2017-09-26 quant-ph
Interfacing Gottesman-Kitaev-Preskill Qubits to Quantum Memories
针对GKP态难以与长寿命固态量子存储器耦合的问题，提出基于腔介导受控位移门的接口，可实现高质量态传输、免压缩光生成GKP簇态及高速率存储器间纠缠分发。
2024-10-18 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
Quantum Storage of Qubits in an Array of Independently Controllable Solid-State Quantum Memories
本文在十个可控寻址的固态时分复用存储单元阵列中实现了单光子水平路径与时间箱量子比特的量子存储，测得高保真度超越经典界限，并验证了双单元顺序存储与集体读出，为固态随机存取量子存储器发展奠定基础。
2025-09-15 quant-ph
Wavevector multiplexed quantum memory via spatially-resolved single-photon detection
量子化的量子信息处理需要定制的量子存储器来同时处理多个光子。空间自由度是一个有前途的候选人，以促进这种光子复用。利用单光子分辨相机，我们展示了基于冷原子系综的波矢复用量子存储器。通过同时测量665个分离模的二阶关联函数$g_{\mathrm{S,AS}}^{(2)}=72\pm5$的平均值，证实了拉曼散射光子之间的非经典相关性。所提出的协议利用多模存储器以及相机将促进多光子状态的生成，这是量子增强传感技术中的必要条件，并且作为光子量子线路的输入。
2017-12-21 physics.atom-ph physics.optics 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 repeater for continuous variable entanglement distribution
量子中继器已经被提出作为扩展量子通信范围的一种方式。第一代方法使用纠缠交换沿着长距离信道连接纠缠链路。最近，已经有人提出了用于连续变量的第一代量子中继器。本文提出了一种利用最优高斯纠缠交换的连续变量中继方案。我们的方案使用无噪声线性放大器进行纠缠蒸馏。我们表明，与最简单的配置的无噪声线性放大器和良好的量子存储器和完美的源和检测器的假设下，我们的计划击败了直接传输上限较短的距离，可以提供优于以前的CV中继器计划。
2020-10-14 quant-ph
Resource Estimation for Delayed Choice Quantum Entanglement Based Sneakernet Networks Using Neutral Atom qLDPC Memories
本文提出由中心方借助中性原子 qLDPC 量子存储器和延迟选择纠缠交换构建 sneakernet 量子网络，并证明其相较表面码具有更优资源扩展性。
2025-03-19 quant-ph
Long-lived and multiplexed atom-photon entanglement interface with feed-forward-controlled readouts
在光子和自旋波（原子存储器）量子比特之间产生纠缠的量子接口（QI）是量子中继器的基本构建块。在实践中实现基于集成的中继器需要量子存储器提供长寿命和多模容量。在这些单独的目标上取得了重大进展。剩下的挑战是将长寿命和多模式记忆组合成一个单一的QI。在这里，通过在放置在相位被动稳定偏振干涉仪内的激光冷却原子中建立多模，磁场不敏感和长波长的自旋波存储，我们构建了一个多路复用的QI，可以存储多达三个长寿命的自旋波量子比特。使用前馈控制系统，我们证明了多路复用QI产生3倍增加的原子-光子（光子-光子）纠缠产生的概率相比，单模QIs。测得的贝尔参数为2.5+/-0.1，存储寿命高达1 ms。目前的工作代表了实现基于光纤的长距离量子通信的关键一步。
2020-06-10 physics.optics quant-ph
A Large-Scale Reconfigurable Multiplexed Quantum Photonic Network
本文提出一种可编程8x8维多端口电路，利用多模光纤实现两个局域多用户网络间纠缠的可重构复用路由与隐形传态，展示了大规模全球量子网络的潜力。
2025-01-27 physics.optics quant-ph
Atomic Quantum Memory for Photonic Qubits via Scattering in Cavity QED
研究了一种在腔QED中存储光子量子比特的原子量子存储方案。这是基于最近的观察，即在强耦合腔机制中，单光子脉冲与腔中的λ型原子之间的量子态交换在某些特定情况下是通过散射理想地实现的[T. W. Chen C.，马缨丹属K.法律，和PT。Leung，Phys.Rev.A69，063810（2004）]。我们推导出一个简单的公式来计算这种原子-光子交换对量子存储器的保真度。我们进一步提出了一种可行的方法，即使在原子-光子耦合不太强的情况下，也可以有条件地实现保真度几乎为1的量子存储操作。这种方法也可以应用于在空间分离的原子量子存储器中存储光子纠缠。
2005-06-26 quant-ph
Multiplexed storage and real-time manipulation based on a multiple-degree-of-freedom quantum memory
量子态与物质系统的忠实存储和相干操作使得基于量子中继器的大规模量子网络的构建成为可能。为了实现有用的通信速率，将需要高度多模量子存储器来构建多路复用量子中继器。在这里，我们提出了第一个演示的按需存储轨道角动量态与弱相干脉冲在单光子水平的稀土离子掺杂晶体。通过将空间自由度与时间和光谱自由度相结合，我们创建了具有高多模容量的多自由度存储器。该器件可以作为一个具有高保真度的量子模式转换器，这是构建多路复用量子中继器的基本要求。该装置还使得能够实时地对空间四元组编码的光子脉冲进行基本上任意的光谱和时间操纵。因此，开发的量子存储器可以作为可扩展的光子量子信息处理架构的构建块。
2018-09-05 physics.optics quant-ph
Entanglement Swapping with Semiconductor-generated Photons
在光子对之间传输纠缠态是量子通信技术的关键。半导体量子点是确定性产生偏振纠缠光子的最有希望的候选者。光子质量和亮度的最新改进现在使它们适合于实际设备中的复杂量子光学目的。在这里，我们第一次演示了由单个量子点发射的两对光子之间的纠缠态交换。联合贝尔测量预示着贝尔态$Ψ^+$的成功产生，保真度高达$0.81 \pm 0.04$。通过违反CHSH-贝尔不等式，证明了该系统的非定域性.我们的光子源与基于原子的量子存储器兼容，能够实现混合量子中继器。因此，这项实验是基于半导体的量子通信技术向前迈出的重要一步。
2019-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
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
Entanglement Distribution in Quantum Repeater with Purification and Optimized Buffer Time
本文研究了具有优化缓冲时间、噪声存储器和不完美操作的量子中继器纠缠分发，发现操作不完美时单存储器纠缠率随存储器数量增加而降低，强调了现实条件下量子中继器设计需考虑有限且不完美的操作与资源。
2023-05-23 quant-ph
