Optical Communication Without Photons
我分析了Salih等人最近提出的一种量子通信协议，该协议允许在没有任何粒子的情况下将信息从发送者传递到接收者。我展示了如何使用经典通信同样可以实现这一点。
2013-04-30 quant-ph
Long-distance quantum communication with atomic ensembles and linear optics
量子通信保证了秘密信息的绝对安全传输和未知量子态的忠实传递。光子信道对于量子通信的物理实现是非常有吸引力的。然而，由于信道中的损耗和退相干，通信保真度随信道长度呈指数下降。我们描述了一个方案，允许在长损耗信道上实现鲁棒的量子通信。该方案涉及激光操纵的原子系综，分束器，和单光子探测器与中等效率，因此很好地符合当前的实验技术的状态。我们表明，通信效率的规模多项式的信道长度，从而促进可扩展性非常长的距离。
2001-05-22 quant-ph
Long-distance quantum communication through any number of entanglement swapping operations
我们通过任意数量的中间纠缠交换操作开发了量子通信的理论和相应的数学模型，并数值求解了多达三个中间纠缠交换操作。我们的模型产生双光子干涉后选择的光子计数在中间纠缠交换站。通过参数下转换率，光子计数器的效率和暗计数率，仪器和传输损耗来适应现实的实验条件。我们计算可实现的量子通信距离，使双光子干涉的可见性超过贝尔不等式阈值。
2014-09-05 quant-ph
Efficient long distance quantum communication
尽管量子密码学取得了巨大的进步，但由于光纤衰减和整个通信距离上积累的操作错误，长距离（> 1000 km）的有效量子通信仍然是一个突出的挑战。量子中继器作为一种很有前途的通信方式，可以克服光子丢失和操作错误，从而大大提高通信速率。根据用于校正损耗和操作误差的方法，所有提出的QR方案可以分为三类（代）。在这里，我们通过评估时间和物理资源的成本，首次系统地比较了三代量子中继器，并确定了一组给定实验参数的优化量子中继器架构。我们的工作提供了一个路线图的实验实现跨大陆距离的高效量子网络。
2015-09-28 quant-ph
Practical repeaters for ultra-long distance quantum communication
量子通信处于量子技术的前沿，能够实现绝对安全的加密、分布式量子计算、隐形传态等的发展。虽然量子通信已经在数百公里的距离上进行了实验证明，但由于衰减，在更大距离上共享的高保真对的建立仍然是一个艰巨的技术挑战。然而，这可以通过使用量子中继器来克服。在这里，我们提出了一种方法来构建一个强大的量子中继器网络，只使用现有的技术。我们的协议能够以高度容忍光子丢失和探测器缺陷的方式执行该过程的所有部分，并且在洲际距离上实现了千赫兹量级的安全比特率。
2017-04-28 quant-ph
Ultrafast and Fault-Tolerant Quantum Communication across Long Distances
量子中继器（QR）通过在远程位置之间建立纠缠量子比特来提供实现长距离量子通信的方式。我们研究了一种新的量子共振方法，在这种方法中，量子信息可以通过噪声信道忠实地传输，而不需要使用长距离隐形传态，从而消除了建立远程纠缠链路的需要。我们的方法利用小的编码块容错纠正操作和光子丢失错误。我们描述了一种方法来优化这些QR的资源需求，目的是生成一个安全的密钥。数值计算表明，我们的方案所需的量子存储位数与通信所需的距离具有良好的多对数标度。
2014-02-13 quant-ph
Continuous-variable quantum enigma machines for long-distance key distribution
量子物理允许通过不安全的通信信道进行无条件安全的通信。量子保密通信的可实现速率从根本上受到量子物理定律的限制，特别是受到纠缠特性的限制。对于有损通信线路，这意味着秘密密钥生成速率至少随通信距离呈指数地消失。我们表明，这一基本限制可以违反一个现实的情况下，窃听者可以存储量子信息只有一个有限的，但任意长的时间。我们认为通过一个有损的Bononic信道（建模线性损耗光纤）的通信，我们表明，它是在原则上可以实现一个恒定的速率的密钥生成的一个比特每光模式在任意长的通信距离。
2015-10-12 quant-ph
Efficient Long-distance Quantum Communication Using Microtoroidal Resonators
基于三能级系统与微环形谐振腔的相互作用，提出了一种长距离量子通信方案，通过测量约100个光子的精确态探测，可以实现近0.5成功概率的纠缠产生和交换.该方案在2500 km范围内的平均纠缠分发时间可缩短到30 ms左右，比著名的Duan-Lukin-Cirac-Zoller（DLCZ）协议[L.- M. Duan { \it等} Nature（London）{ \bf 414}，413（2001）]。
2008-09-23 quant-ph
Long-Distance Measurement-Device-Independent Multiparty Quantum Communication
Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）纠缠最初是为了揭示局域实在论对量子力学的极端违反而引入的，是多方量子通信任务的重要资源。但是，在当前条件下，GHZ纠缠源的低强度和脆弱性使得这些多方任务的实际应用成为一个实验挑战。在这里，我们提出了一个可行的方案，实际上分布后选择GHZ纠缠超过100公里的距离实验可访问的参数制度。结合诱饵态和测量设备无关的量子密钥分发协议，我们预计，我们的建议提出了一个重要的途径，实际多方量子通信。
2015-03-04 quant-ph
An improvement of optical PPM communication with high security
本文针对光PPM通信在实现阶段的安全缺陷，提出一种改进的调制与接收端光学方案，以提升高安全性光通信的实用性。
2024-10-23 quant-ph
Immense Fidelity Enhancement of Encoded Quantum Bell Pairs at Short and Long-distance Communication along with Generalized Design of Circuit
本文首次区分量子通信的短距离与长距离应用，提出基于经典通信协议的新模型和广义电路设计，大幅提升编码贝尔态的保真度与纠错能力，并用IBM QISKIT仿真验证。
2023-03-13 quant-ph
Hybrid noiseless subsystems for quantum communication over optical fibers
我们推导出无噪声子系统的一般结构，包含在一个序列的脉冲在光纤中进行集体去偏振的光辐射。这个结果是用来确定最佳的方式来实现量子通信的集体去极化信道，在一般情况下，结合各种自由度，如偏振和相位，到联合混合方案，以保护量子相干性。
2004-10-11 quant-ph
Quantum Communication Network Utilizing Quadripartite Entangled States of Optical Field
我们提出了两种类型的光连续变量量子密集编码通信网络，其中利用了光场的四体纠缠态，且具有完全三方正交振幅关联.在网络中，任何两个参与者之间的信息交换都可以由剩下的一个或两个参与者操纵。各种通信协议的信道容量进行了数值计算。由于应用于通信系统的四体纠缠态已经在实验室中成功制备，因此所提出的方案目前在实验上是可行的。
2009-09-16 quant-ph
Enhanced Quantum Communication via Optical Refocusing
本文研究了由光重聚焦系统介导的量子通信问题，该系统被简化为一个具有有限光瞳的薄透镜。该模型捕捉了所有这些情况的基本特征，其中信号要么被中继器重新聚焦以进行长距离通信，要么在信息解码过程之前被聚焦在检测器上。介绍了线性光学系统的一般方法，计算了再聚焦装置的通信容量。虽然瞳孔的有限扩展可能会导致信息的丢失，我们表明，存在的重新聚焦系统可以大大提高可靠的通信速率相对于自由空间传播。
2011-01-13 quant-ph
Optical quantum communication complexity in the simultaneous message passing model
经典协议的通信成本通常根据通信的比特数来测量，因为这决定了协议期间通信所需的时间。类似地，对于使用有限维量子态的量子通信协议，通信成本是根据通信的量子比特数来测量的。然而，在量子物理学中，人们也可以使用无限维状态，如光学量子态，用于通信协议。基于计算在通信期间传输的量子比特（等效）数量的通信成本测量不能直接用于测量使用无限维状态的此类协议的成本。此外，使用这种基于量子比特的通信成本，无法推断出无限维协议的任何物理性质。在本文中，我们提供了一个框架来理解无限维协议中物理资源的增长。我们专注于光学协议的具体性。通信所需的时间和通信过程中消耗的能量被认为是这些协议的重要物理资源。在光协议中，通信所需的时间由从一方传输到另一方的时间仓模式的数量确定。发送的消息的平均光子数决定了协议中通信期间所需的能量。我们证明了这两个数量的增长与增长的问题大小之间的权衡的下界。我们称这种折衷关系为光量子通信复杂度关系。
2020-12-17 quant-ph
Error-free optical quantum communication
提出了一种通过噪声量子信道可靠传输量子信息的光学方案。该方案的灵感来自于量子纠错协议，但它避免了目前不可行的单光子之间的受控非操作的要求。本文提出的量子通信方案拒绝了单个比特翻转错误而不是纠正它们，并将三粒子纠缠态的量子测量特性与量子隐形传态的特性相结合。
2000-06-23 quant-ph
Ultrafast Long-Distance Quantum Communication with Static Linear Optics
我们提出了一个投影测量到编码贝尔态与静态网络的线性光学元件。通过增加量子纠错码的大小，可以同时使贝尔测量效率和光子损失容限任意高。作为一个主要的应用程序，我们表明，在大距离的通信速率类似于经典通信的全光量子通信是可能的，仅仅基于本地状态teleportations使用编码贝尔态的光源，固定阵列的分束器，和光子探测器。作为另一个应用，推广状态隐形传态到量子计算的门隐形传态，我们发现，为了实现普适性，必须牺牲固有的损失容忍度和最小量的前馈必须添加。
2016-11-04 quant-ph
The Communication Complexity of the Hamming Distance Problem
我们研究了汉明距离问题的随机化和量子通信复杂性，该问题是确定两个n比特字符串之间的汉明距离是否不小于阈值d。在具有共享先验纠缠的一般相互作用模型中，我们证明了Ω（d）量子比特的一个量子下界。在受限的同时消息传递模型中，我们构造了一个O（d \log d）比特的经典协议，改进了以前O（d^2）比特的协议（A. C.- C. Yao，Proceedings of the 35th Annual ACM Symposium on Theory of Computing，pp. 77-81，2003）和O（d \log n）位（D. Gavinsky，J. Kempe，and R. de Wolf，quant-ph/0411051，2004）。
2006-03-10 quant-ph
Experimental Demonstration of Robust Bidirectional Quantum Optical Communications
我们在实验上实现了一种通过成对保偏光纤可靠传输量子信息的新方法。物理设置扩展了Mach-Zehnder干涉仪的使用，其中通过干涉消除噪声。该方法可以看作是对现有纤维光学无消相干子空间方法的改进。此外，该设置可以双向应用，这意味着可以从两端实现稳健的量子通信。为了严格量化传输的量子信息的量，用量子通信理论中开发的工具分析光纤。这些结果不仅为通过光纤保护经典和量子信息提供了一种实用的手段，而且为丰富量子通信理论体系提供了一个新的物理平台。
2013-05-07 quant-ph
Quantum Communication with Coherent States and Linear Optics
我们介绍了一个通用的映射编码量子通信协议，涉及多个量子比特的纯态，幺正变换，投影测量到另一组协议，采用光的相干态叠加的光学模式，线性光学变换和测量与单光子阈值探测器。这提供了一个通用框架，用于将量子通信中的协议转换为可以用当前技术实现的形式。我们探讨了原始量子比特协议和从映射中获得的相干态协议之间的相似性，并利用映射在量子通信复杂性和量子数字签名的背景下构建新的协议。我们的研究结果有可能使广泛的量子通信协议更接近他们的实验演示。
2014-06-27 quant-ph
Quantum receiver beyond the standard quantum limit of coherent optical communication
最有效的现代光通信被称为相干通信，并且其标准量子极限（SQL）几乎可以用当前技术达到。虽然很长一段时间以来，人们一直预测这种SQL可以通过量子力学优化的接收器来克服，但到目前为止，这种性能还没有在实验上实现。在这里，我们展示了第一个超越相干光通信SQL的无条件证据。我们实现了一个简单的线性光学配置的量子接收器，并实现了超过90%的系统的总检测效率。这种高效的量子接收机将为扩展无放大信道的距离，以及实现基于相干态的量子信息协议和量子力学的无空洞测试提供一种新的途径。
2011-03-29 quant-ph
Generation and manipulation of squeezed states of light in optical networks for quantum communication and computation
我们分析了一种光纤元件，它可以在利用光的压缩态的新型信息处理系统中找到多种用途。我们的方法是基于孤子噪声的光子数压缩现象后，孤子已通过非线性光纤传输。讨论了该器件在量子计算和量子密码学光网络中的应用。
2001-04-24 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
Large Distance Continuous Variables Communication with Concatenated Swaps
电磁场和机械谐振器之间的辐射-压力相互作用可以用于有效地纠缠耦合到单个机械模式的两个光场。我们分析了这一过程的性能在现实的光力学条件下，我们确定的有效性所产生的纠缠作为一个资源的连续可变的光信号的量子隐形传态，在大的距离，介导的级联交换操作。我们研究的协议的机械系统的品质因数的敏感性，其性能在非理想的情况下，其中的损失和降低的检测效率被考虑在内。
2015-04-01 quant-ph
Active polarization control for quantum communication in long-distance optical fibers with shared telecom traffic
我们实验证明了波长复用有源偏振稳定的量子通信在光纤承载电信业务的兼容性。反馈控制信道之一包含从BER计产生的9.953Gb/s数据流。我们验证了在23 km光纤线轴的两个相反方向上传输单光子的能力，同时保持其偏振状态稳定，并且在反馈通道中无错误的经典BER，在6小时的连续操作期间。
2013-02-04 quant-ph
Space-to-ground quantum-communication using an optical ground station: a feasibility study
我们已经测试了卫星和光学地面站之间的空间到地面量子通信链路的实验先决条件。我们的想法的可行性正在使用ASI Matera激光测距观测站（MLRO）的设施进行评估。具体重点是对现有基础设施进行必要的技术改造，以实现从轨道卫星接收单光子。
2004-08-10 quant-ph
Increasing the link-distance of free-space quantum coherent communication with large area detectors
报道了一种用于自由空间量子相干通信的大面积光电二极管零差探测器。从探测带宽和电子噪声两个方面研究了该探测器在散粒噪声受限量子信号探测中的性能。与典型的基于光纤的自由空间零差检测器相比，使用大面积光电二极管增加了来自湍流大气信道的信号收集效率。在相同的大气湍流和接收器孔径条件下，我们的零差检测器基于1mm直径的光电二极管经历0 dB的损失，由于湍流，而10 μ m的光纤为基础的检测器经历13.5dB的信号损失超过700公里的自由空间链路，在90度仰角。
2020-11-07 quant-ph
Covert Quantum Communication Over Optical Channels
本文研究有损热噪声玻色子光信道上的量子比特隐蔽通信，证明 n 次信道使用可隐蔽可靠传输 ∝√n 个量子比特，并通过双轨编码与容量上界方法给出可达性和逆命题。
2024-09-16 quant-ph
Offset-locking-based frequency stabilization of external cavity diode lasers for long-distance quantum communication
长距离量子通信需要量子中继器。为了有效地耦合量子纠缠光子源与窄线宽量子存储器，我们在1514和1010 nm处进行了两个激光器的频率稳定。纠缠光子源的1514 nm泵浦光的频率稳定度为3.6 \times 10^{-12}（τ= 1 s）。波长转换系统的1010 nm泵浦激光器表现出3.4 \times 10^{-12}（τ= 1 s）的频率稳定性。两种激光器的稳定性比Pr：YSO量子存储器的4 MHz的频率宽度小大约两个数量级。这种稳频激光器可以实现量子存储器和量子中继器中纠缠光子源的远程耦合。
2021-08-30 quant-ph
Ideal Quantum Communication over Noisy Channels: a Quantum Optical Implementation
我们考虑一个（未知）量子态通过光子在两个相距较远的原子之间的传输。基于量子光学现实模型，我们定义了一个噪声量子信道，它包括系统误差以及由于耦合到环境的错误。我们提出了一个协议，允许一个完成理想的传输，重复传输操作所需的次数。
1997-02-20 quant-ph
Quantum communications with time-bin entangled photons: long distance quantum teleportation and quantum repeaters
使用2公里的标准电信光纤，我们将波长为1310 nm的光子携带的量子比特传送到另一个实验室中波长为1550 nm的光子携带的量子比特。要传送的光子和必要的纠缠光子对在两个不同的非线性晶体中产生。测量的平均保真度为81.2%。我们将讨论如何将其用作没有量子存储器的量子中继器。
2003-01-31 quant-ph
Binary optical communication in single-mode and entangled quantum noisy channels
本文研究了单模和纠缠量子噪声信道中的二元光通信。对于单模，我们提出了一个系统的比较直接光电探测和零差检测在现实条件下，即考虑到在传播和检测的信号过程中发生的噪声。然后，我们考虑纠缠信道的基础上的双光束状态的辐射，并表明，与现实的外差检测的错误概率在固定的信道能量相比，单模的情况下，量子效率和噪声参数的值的大范围内减少。
2003-10-06 quant-ph
Viability of quantum communication across interstellar distances
研究了利用光子跨越星际距离实现量子通信的可能性。为此，我们考虑了不同的因素，包括天体的引力场，星际介质中的粒子含量，以及太阳系的局部环境，可以诱导光子的退相干。光谱的X射线区域被确定为建立量子通信信道的主要候选者，尽管光学和微波波段也可以实现远距离通信。最后，我们讨论了从地外文明发出的量子信号中可以预期到什么，以及信道接收端识别和解释此类信号的挑战。
2022-05-24 gr-qc hep-ph quant-ph
Quantum-Level Crosstalk Characterization of a 16x16 MEMS Optical Switch for Dynamic Quantum Communications
National and Kapodistrian University of Athens（雅典国立卡波迪斯特里安大学）
针对16×16 MEMS光开关用于多用户量子通信进行全对全量子级串扰特性分析，关联实验数据与诱骗态BB84协议理论影响分析。
2026-10-05 cs.CR quant-ph
Quantum Limits in Optical Communications
本教程回顾了Holevo容量限制作为一种通用工具，用于分析各种光通信场景中的最终传输速率，从传统的光放大光纤链路到具有功率受限光信号的自由空间通信。采用正则加性高斯白噪声模型描述光信号的传输。当在传播过程中获得的噪声的功率谱密度与每单位时间带宽区域的载波频率下的单个光子的能量相比很小时，Holevo极限基本上超过标准香农极限。一般的结果说明了在光子饥饿制度的有效的通信策略的讨论。
2020-02-13 physics.optics quant-ph
A low-noise single-photon detector for long-distance free-space quantum communication
我们建立和测试的基础上，硅雪崩光电二极管Excelitas 30902 SH热电冷却到-100度的单光子探测器。C.该探测器暗计数率小于1Hz，光敏面积直径为500 μ m，光子探测效率约为50%，后脉冲小于0.35%，时间抖动小于1 ns。这些特性使其适合于长距离自由空间量子通信链路，我们简要讨论。我们还报告了一种改进的方法，我们称之为长时间后脉冲分析，用于确定和可视化在不同温度下的长陷阱寿命。
2021-12-08 physics.ins-det quant-ph
A compact frequency-stabilized pump laser for wavelength conversion in long-distance quantum communication
我们展示了一个紧凑的频率稳定的激光器在1064 nm使用多普勒自由饱和吸收光谱的分子碘。实现的激光频率稳定度和线宽分别为5.7 × 10-12（对应于1.6 kHz的激光频率的不确定性）和400 kHz。所开发的稳频激光器可用作泵浦激光器，用于从可见光到电信（反之亦然）的波长转换，以在基于光纤的量子通信中的远程节点处连接利用钻石中的氮空位中心的量子存储器。
2018-07-10 physics.optics quant-ph
Polarization-independent single-photon switch based on a fiber-optical Sagnac interferometer for quantum communication networks
未来量子网络的一个重要组成部分是能够动态路由单光子的光开关。在这里，我们实现这样的开关，基于光纤Sagnac干涉仪设计。该路由是用一对放置在Sagnac环路内的快速电光电信相位调制器来实现的，使得每个调制器作用于单光子的正交偏振分量，以产生对若干应用至关重要的偏振无关能力。我们得到一个平均消光比大于19 dB的开关的两个输出之间。我们的实验完全采用商用现成组件，因此可以与当前的光通信系统直接兼容。
2020-09-04 physics.optics quant-ph
LEO-to-ground optical communications using SOTA (Small Optical TrAnsponder) - Payload verification results and experiments on space quantum communications
长期以来，自由空间光通信一直有望使空间通讯发生革命性变化。空间终端在减小体积、质量和能量的同时提高比特率的好处长期以来吸引了许多研究人员的关注。在过去几年中，越来越多的技术演示由来自公共和私营部门的参与者进行。日本国家信息和通信技术研究所在这一领域有着长期的经验。SOTA（Small Optical TrAnsponder）是NICT的最后一次空间激光通信任务，旨在展示该技术应用于微型卫星的潜力。自2014年SOTA任务开始以来，NICT定期使用位于Koganei（东京）总部的光学地面站（OGS）建立通信，以接收SOTA信号，成功连接了100多个。SOTA任务的所有目标都得到了实现，包括使用两种不同波长和孔径的高达10 Mbit/s的下行链路，OGS信标的粗略和精细跟踪，机载相机图像的空间到地面传输，不同纠错码的实验，与其他国际OGS的互操作性以及量子通信实验。SOTA任务于2016年11月结束，比1年的设计寿命增加了一倍多。本文介绍了SOTA的特点和基本操作，以及最相关的技术演示。
2018-10-26 physics.ins-det physics.space-ph quant-ph
Photon-Inter-Correlation Optical Communication
现代技术的发展使人类的存在超出了地月空间，进入了其他行星，这就迫切需要大容量、长距离和行星际通信。以光子为载体的通信具有很高的信道容量，但深空光学衍射极限导致不可避免的巨大几何损耗，为现有光通信技术设置了难以逾越的传输距离。在这里，我们提出并实验证明了光子相互关联光通信（PICOC）对超高信道损耗。我们把光看作是一个光子流，从极弱的脉冲序列中全局地提取出内部相关和光子统计的附加信息。我们成功地设法建立高保真通信信道的损失高达160分贝，通过分离嵌入在噪声的10倍高的单光子信号。PICOC只使用商用望远镜，可以使用毫瓦激光建立从火星到地球的通信链路，使用几瓦激光建立从太阳系边缘到地球的通信链路。
2021-04-18 astro-ph.IM physics.optics quant-ph
Lower bounds on the Deterministic and Quantum Communication Complexity of Hamming Distance
Alice和Bob想知道两个长度为n的字符串是否几乎相等。也就是说，它们在\textit{at most}上是否有一点不同？设0 \leq为\leq n-1。我们表明，任何确定性的协议，以及任何无错误的量子协议（C* 版本），这个问题需要至少n-2位的通信。对于确定两个字符串是否相差一个位的问题，我们给出了相同的界限。我们还证明了无差错Q* 量子协议的一个下界n/2-1。我们的结果是通过下界适当的矩阵的秩。
2015-01-12 cs.CC quant-ph
Strong converse for the classical capacity of optical quantum communication channels
我们建立的经典容量的光学量子信道之间的急剧过渡制度-这是一个错误的制度，通信速率低于容量，和其他的概率正确解码的经典消息收敛到零，如果通信速率超过经典容量。这一结果是通过证明所有相位不敏感玻色高斯信道的经典容量的强逆定理而获得的，玻色高斯信道是光量子通信信道的一个完善模型，例如有耗光纤，放大器和自由空间通信。该定理在特定的光子数占据约束下成立，我们在本文中详细描述了这一点。我们的研究结果支持了对这些通道的经典容量的理解，并为应用开辟了道路，例如证明具有光链路的密码学的噪声量子存储模型的安全性。
2015-02-11 cs.IT math.IT quant-ph
