Requirements for a processing-node quantum repeater on a real-world fiber grid
本研究利用NetSquid模拟真实光纤网格中的处理节点量子中继器,结合遗传算法确定了实现可验证盲量子计算的最小硬件要求,揭示了理想化设置对硬件需求评估的失真影响。
2023-10-20 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
Overcoming lossy channel bounds using a single quantum repeater node
我们提出了一个方案,用于执行量子密钥分发(QKD),它有可能击败基于通信双方之间的光子直接传输的方案。在我们的提议中,通信双方交换光子,两个量子存储器放在它们之间。这是一个非常简单的量子中继器方案,可以用目前可用的技术实现。理想情况下,其密钥速率与光信道的传输率的平方根成比例,这优于基于直接传输的QKD方案,因为后者的密钥速率最好与传输率成线性比例。考虑到我们的设置中的每个组件的各种不完善之处,我们提出的参数制度,我们的协议优于协议的基础上直接传输。
2015-08-12 quant-ph
Security of Trusted Repeater Quantum Key Distribution Networks
量子密钥分发(QKD)网络是一种能够进行长距离、高速率、信息论安全的密钥协商的基础设施。本文研究了基于可信中继节点的量子密钥分发网络的安全特性。根据目前的技术,这种网络已经可以部署。我们提出了一个可信的中继器QKD网络的例子,SECOQC项目内开发。主要研究了在可信中继QKD网络中,当部分节点被破坏时的安全密钥协商问题。我们提出了一种新颖的方法,能够确保生成的密钥的真实性和隐私性。
2009-04-27 quant-ph
Resource-aware System Architecture Model for Implementation of Quantum aided Byzantine Agreement on Quantum Repeater Networks
量子辅助拜占庭协议(QBA)是一种重要的分布式量子算法,与经典的确定性算法和随机算法相比,它具有独特的特点,除了提供更高的安全性外,它只需要恒定的期望轮数。在本文中,我们分析了高级多方算法的细节,并提出了在量子中继器网络上运行算法的量子架构和每个节点所需的电路的设计元素。与基于标准算术电路的设计相比,我们的优化技术使量子线路的深度减少了44%,每个节点的量子比特数减少了20%。这些改进导致每个节点具有$KQ \approx 1.3 \times 10^{5}$和网络中的总节点的错误阈值$1.1 \times 10^{-6}$的架构。对所设计架构的评估表明,要在最小设置上执行一次算法,我们需要在整个网络中成功分布总共648个Bell对,在所有节点对之间均匀分布。这个框架可以被认为是一个起点,为量子中继器网络上分布式量子应用的轻量级演示建立路线图。
2017-06-23 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
An Evolutionary Pathway for the Quantum Internet Relying on Secure Classical Repeaters
在量子中继器变得成熟之前,量子网络仍然局限于直接连接节点的有限区域或连接到公共节点的节点。我们通过结合量子安全直接通信(QSDC)原理来构思使用安全经典中继器的量子网络来规避这一限制,量子安全直接通信(QSDC)原理是一种引人注目的量子通信形式,其直接通过量子信道传输信息。这个有前途的解决方案的最后一个组成部分是我们的经典量子抵抗算法。可以解释的是,在这些网络中,从抗量子算法中收集的密文使用QSDC沿节点传输,在节点处将其读出,然后传输到下一个节点。在中继器上,信息受到我们的量子抵抗算法的保护,即使面对量子计算机,这种算法也是安全的。因此,我们的解决方案在整个网络中提供了安全的端到端通信,因为它能够在新兴的量子互联网中进行窃听检测和预防。它与操作网络兼容,并将享受流行的互联网的引人注目的服务,包括认证。因此,它通过逐步进化升级来平滑从经典互联网到量子互联网(Qinternet)的过渡。它将在未来的量子计算网络中充当替代网络。我们已经提出了一个安全的经典中继器为基础的混合量子网络的第一个实验演示构建的光纤和自由空间通信链路的串行级联。总之,安全中继器网络确实可以使用现有技术构建,并继续支持通往未来量子计算机QInternet的无缝进化路径。
2022-02-08 quant-ph
One-Way Quantum Repeater with Rare-Earth-Ions Doped in Solids
提出利用固体中掺杂稀土离子与纳米腔耦合高效生成光子簇态,并采用多路复用方案,以少于100个量子发射器在数千公里距离上实现兆赫兹密钥率,用于一向量子中继器节点。
2024-04-13 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
Absorption-emission quantum repeater using diamond quantum memories
Yokohama National University(横滨国立大学);National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)(产业技术综合研究所)
该研究展示了基于金刚石NV中心的吸收-发射量子中继器节点,实现了完整单节点操作,过程保真度达78%,为可扩展量子中继器架构奠定了基础。
2026-08-19 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
A telecom-wavelength quantum repeater node based on a trapped-ion processor
本研究提出基于囚禁离子的通信波长量子中继器节点,实现50公里光纤两端光子纠缠,并测算出构建800公里级纠缠网络的系统改进路径,为分布式量子网络提供近期可行方案。
2023-02-15 physics.atom-ph 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
Optimization of Quantum-Repeater Networks using Stochastic Automatic Differentiation
本文使用随机自动微分技术从离散蒙特卡洛模拟中提取导数,优化了量子中继器网络的速率-保真度权衡、节点敏感性和中继器布局。
2025-08-11 quant-ph
Scalable entanglement distribution using encoded hybrid repeater chains
University of Texas at Arlington(阿灵顿得克萨斯大学);Manning College of Information and Computer Sciences, University of Massachusetts Amherst(马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校曼宁信息学与计算机科学学院);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)
本研究提出混合中继链架构,结合两类存储器优势,通过蒙特卡洛模拟证明其在端到端纠缠分发速率上优于纯架构,并开发了改进的交换策略以减少存储时间。
2026-09-18 quant-ph
Comparing GHZ-Based Strategies for Multipartite Entanglement Distribution in 2D Repeater Networks
本研究比较了二维量子中继网络中两种基于GHZ的多体纠缠分发策略,分析了其作为自重复二维中继架构构建模块的速率与保真度表现,明确了架构性能提升条件及更优方案,为长距离多体纠缠分发提供参考。
2025-05-16 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
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
A Dynamic Multiplexing Policy for a Quantum Repeater
TU Delft(代尔夫特理工大学);QuTech(奎克技术研究所);Kavli Institute of Nanoscience(卡弗里纳米科学研究所);Delft Networks(代尔夫特网络)
研究用于量子中继器的动态复用策略,通过可重构路由器互连量子芯片,对比动态与固定分配策略,发现在特定参数范围,动态策略能显著提升保真度、略微提高速率并实现更高密钥率,对近期量子网络发展有重要意义。
2026-07-09 quant-ph
Polariton Bell Node for Quantum Repeaters
Moscow Center for Advanced Studies(莫斯科高级研究中心);Westlake University(西湖大学);St. Petersburg State University(圣彼得堡国立大学);Russian Quantum Center(俄罗斯量子中心)
该研究提出基于强耦合平面半导体微腔的贝尔测量节点,利用极化激元条件偏振旋转实现受控-Z门与四贝尔态区分,并分析带宽误差及纠缠交换所需链路质量,为量子中继器提供新方案。
2026-09-21 quant-ph
Routing in Quantum Repeater Networks with Mixed Efficiency Figures
University of Pisa(比萨大学);Institute for Informatics and Telematics (IIT), National Research Council (CNR)(意大利国家研究委员会信息学与遥测研究所)
研究探讨了量子网络路由中混合效率指标对性能的影响,通过模拟展示节点质量知识提升路由路径保真度并减少阻塞路径。
2025-08-21 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
Asymmetric node placement in fiber-based quantum networks
本文分析光纤量子网络中中点站与量子中继器节点的非对称布置,结合色散、存储器噪声和数值实验,证明性能指标对小非对称性仅呈高阶退化。
2024-06-17 quant-ph
Optimal entanglement generation for efficient hybrid quantum repeaters
我们提出了一个现实的协议,在混合量子中继器的相邻节点的量子存储器之间产生纠缠。生成的纠缠只包括一种类型的错误,这使得有效的纠缠蒸馏。与具有这种属性的已知协议相比,我们的具有理想检测器的协议实现了成功概率和对Bell状态的保真度的理论极限,在中继器中具有更高的效率。我们还表明,我们的协议的优势仍然是现实的阈值检测器。
2008-11-19 quant-ph
Resource-efficient fault-tolerant one-way quantum repeater with code concatenation
提出一种基于码级联的单向量子中继器,结合树簇码与5量子比特码,以最小资源开销实现长达10,000公里的容错量子通信。
2023-10-10 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
Fast and reliable entanglement distribution with quantum repeaters: principles for improving protocols using reinforcement learning
本文利用强化学习为量子中继器链设计纠缠分发策略,通过动态存储器截断和节点协作在等待时间与保真度上超越“尽快交换”策略,并提出策略嵌套方法实现大规模网络的可扩展优化。
2024-04-01 quant-ph
Quantum network coding for quantum repeaters
本文考虑了量子网络编码,这是一种新的技术,使量子信息在复杂的网络上以更高的速率发送比使用简单的路由策略。Kobayashi等人最近通过演示任何经典网络编码协议如何产生量子网络编码协议来展示这种技术的潜力。然而,他们主要集中在一个抽象模型上,在这个模型中,量子寄存器等量子资源可以在每个节点上自由引入。在这项工作中,我们提出了一个协议的量子网络编码下较弱(和更实际)的假设:我们的新协议的工作,即使在量子网络中,相邻节点最初共享一个EPR对,但不能添加任何量子寄存器或发送任何量子信息。满足这个假设的网络的典型例子是{ \emph{quantum repeater networks} },它们是实现大规模量子网络的有希望的候选者。因此,我们的研究结果首次表明,量子网络编码技术也可以提高这种量子网络的传输速率。
2012-05-16 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
All photonic quantum repeaters
量子通信有望实现秘密信息的无条件安全传输和未知量子态的忠实传递。光子似乎是量子通信的首选介质。由于光子损耗,长损耗信道上的稳健量子通信需要量子中继器。人们普遍认为,量子中继器的一个必要的和高要求的要求是在中继器节点的物质量子存储器的存在。在这里,我们表明,这样的要求是,事实上,通过引入基于飞行量子比特的所有光子量子中继器的概念是不必要的。作为实现这一概念的一个例子,我们提出了一个协议的基础上的光子集群状态机枪和一个丢失容忍的测量配备了本地高速主动前馈。我们表明,这样的全光子量子中继器,通信效率仍然与信道距离的多项式尺度。我们的结果为量子中继器提供了一条新的途径,它具有高效的单光子源,而不是物质量子存储器。
2013-09-27 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
Multiplexed Memory-Insensitive Quantum Repeaters
通过远距离纠缠量子比特(qubit)对进行长距离量子通信是迈向更安全的消息传输和分布式量子计算的第一步。到目前为止,最有希望的建议需要量子中继器来缓解由于光纤损耗而导致的通信速率的指数下降。然而,它们对存储元件的寿命非常敏感。我们提出了一个多路复用的量子节点,应该使量子网络的建设,在很大程度上是不敏感的量子存储元件的相干时间。
2007-01-23 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
Balancing Quantum Memories in Asymmetric Repeaters for High-Fidelity Entanglement Distribution
Leibniz University Hannover(汉诺威莱布尼茨大学)
本文研究了不对称量子中继器中因左右相邻节点距离不同导致的存储器分配不匹配问题,提出动态最优存储器分配方法,提升纠缠保真度并保持与标准中继器相近的速率。
2026-04-27 cs.NI quant-ph
Proposal of quantum repeater architecture based on Rydberg atom quantum processors
提出一种协同集成里德堡原子量子处理器与光学谐振腔的新型量子中继器架构,通过腔介导相互作用生成纠缠并辅以纠缠纯化与交换,在局域网实现99%保真度的贝尔态分发,并具备向城域和城际网络扩展的可扩展性。
2024-10-16 quant-ph
Time-delayed single satellite quantum repeater node for global quantum communications
本文提出用一颗携带两个量子存储器的单卫星实现时间延迟量子中继节点,以QKD为基准证明其安全密钥生成性能较单存储器方案提升至少三个数量级,并给出基于稀土离子掺杂晶体的实验平台。
2023-09-15 physics.space-ph quant-ph
Fault-tolerant quantum repeaters with minimal physical resources, and implementations based on single photon emitters
分析了一种新的方法,该方法利用固定的、最小的物理资源实现任意长距离量子通信中量子纠缠的产生和嵌套纯化,并讨论了利用实际光子发射器和光子信道的实现方法.在这种方法中,我们使用具有由电子自旋和核自旋形成的两个内部自由度的单光子发射器来构建量子信道中的中间节点。状态选择荧光用于相邻节点中电子自旋之间的概率纠缠产生。我们详细分析了几种方法,适用于现实的,均匀加宽的单光子发射器。此外,耦合的电子和核自旋可以用来有效地实现纠缠交换和纯化。我们表明,这些技术可以结合起来,在任意长的距离产生高保真纠缠。我们提出了一个特定的协议,功能在多项式时间,并容忍纠缠保真度和本地操作中的错误。该方案对物理资源的要求是目前所有完全容错量子中继器方案中最低的。
2005-02-18 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
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
Integrity from Algebraic Manipulation Detection in Trusted-Repeater QKD Networks
University of Amsterdam(阿姆斯特丹大学);QuSoft
本文提出首个在可信中继QKD网络中提供保密性和完整性的协议,结合AMD码与多路径中继技术,实现信息论安全。
2026-01-20 cs.CR quant-ph
Instruction-Set Architecture for Programmable NV-Center Quantum Repeater Nodes
University of Pisa(比萨大学);Institute for Informatics and Telematics (IIT), National Research Council (CNR)(意大利国家研究委员会信息学与遥测研究所);Technische Universität Dresden(德累斯顿工业大学)
本文提出一种用于量子中继节点的指令集架构,通过核自旋寄存器实现确定性和相干性控制,展示了在BBPSSW纯化协议中的应用,并讨论了扩展性和与线性组合单位aries及Kraus形式的连接。
2026-02-24 cs.NI 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
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
Routing entanglement in the quantum internet
远程量子纠缠可以实现许多应用,包括分布式量子计算、安全通信和精确传感。在本文中,我们考虑如何量子网络节点配备有限的量子处理能力,通过有损光链路连接,可以同时分发高速率纠缠多对用户(多个流)之间。我们开发这样的量子“中继器”节点,这使得一对用户使用量子中继器的线性链,通过利用网络中的多个路径的多样性,实现纠缠率的大增益协议。此外,我们开发的中继器协议,使多个用户对同时产生纠缠的速率,可以远远超过什么是可能的中继器之间的时间共享协助个人纠缠流。我们的研究结果表明,具有短相干时间的量子存储器的早期开发和概率Bell状态测量的实现可以对量子网络产生比分析线性中继器链更深刻的影响。这一框架将促进一般量子网络理论的发展,将量子存储物理学、量子信息理论和计算机网络理论结合起来。
2017-09-22 quant-ph
Cryptographic Fragility of Standard Quantum Repeater Protocols
School of Computer Science, University of Birmingham(伯明翰大学计算机学院)
研究揭示了标准量子中继协议在对抗性环境中的安全漏洞,并提出基于陷阱门验证协议的解决方案以恢复系统稳定性。
2026-02-26 quant-ph
Bayesian Optimization for Repeater Protocols
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University(冲绳科学技术大学院大学);University of Genoa(热那亚大学);University of Massachusetts Amherst(马萨诸塞大学阿默斯特分校);Indian Institute of Technology, Bombay(孟买印度理工学院)
本文提出利用贝叶斯优化算法高效寻找量子重复器协议的最大密钥率,通过数值计算和验证方法展示其在不同节点配置下的有效性。
2025-02-04 cs.NI quant-ph
Generalized Quantum Repeater Graph States
本文推广具有精细连接性的量子中继器图态,以高概率和有限速率高效建立可利用 ebits,提升丢失容忍量子网络的性能与可扩展性。
2025-05-12 quant-ph
Complete analysis of a realistic fiber-based quantum repeater scheme
提出一种基于时间复用的量子中继器协议,通过专用通信阶段提高试验速率,结合纠缠交换与纯化,在1000公里距离上实现1至1000 Hz的密钥速率,并指出需约一秒的存储相干时间和10^{-3}量级的门及测量错误。
2025-04-24 quant-ph
Efficient Routing for Quantum Key Distribution Networks
随着量子密钥分发变得越来越实用,如何在大规模网络和长距离上有效地使用它的问题变得越来越重要。为此,在这项工作中,我们模型的E91纠缠的QKD协议的性能时,在网络中的量子中继器和可信节点组成的。我们提出了一些路由协议,这个网络,并比较它们的性能在不同的使用场景。通过我们的建模,我们研究了最佳位置和可信节点与中继器的数量,这取决于设备性能(例如,中继器测量设备的质量)。在此过程中,我们发现了一些有趣的经验教训,这些经验教训决定了即将到来的量子网络需要改进哪些重要的物理方面,以提高安全通信速率。
2020-07-30 quant-ph
Coherent Control of a Long-Lived Nuclear Memory Spin in a Germanium-Vacancy Multi-Qubit Node
本文展示了对金刚石中锗空位色心耦合13C核自旋的相干控制,实现超过2.5秒的相干时间,并估计记忆时间可达18.1秒,为量子中继器节点应用奠定基础。
2025-01-07 quant-ph
Optimal entanglement distribution policies in homogeneous repeater chains with cutoffs
本文研究具有截止时间的量子中继器链中最小化端到端纠缠生成时间的全局知识最优策略,基于马尔可夫决策过程求解,并发现其优势随节点数增加和交换成功率降低而增大。
2023-04-21 cs.PF 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 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