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
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
Quantum repeaters based on atomic ensembles and linear optics
量子态在长距离上的分布受到光子损耗的限制。由于不可克隆定理，经典电信中的直接放大在量子通信中不是一种选择。这个问题可以通过实现量子中继器协议来解决，该协议通过纠缠交换从短距离纠缠产生长距离纠缠。这样的协议需要以一种预示的方式产生纠缠，将其存储在量子存储器中，并交换它。实现量子中继器的一个有吸引力的一般策略是基于使用原子系综作为量子存储器，结合线性光学技术和光子计数来执行所有需要的操作。在这里，我们回顾了这一非常活跃的领域的理论和实验现状。我们定量地比较了不同方法的潜力，重点是超越光子直接传输的最直接目标。
2009-06-23 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
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
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
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
Quantum repeater with Rydberg blocked atomic ensembles in fiber-coupled cavities
我们提出并分析了一种量子中继器结构，在该结构中，光学腔中的里德堡阻挡原子系综通过光纤连接。纠缠的产生，交换和纯化是通过集体激光操纵的合奏和光子传输。纠缠的成功传输和存储是由电离事件而不是以前的方案中使用的光子探测信号来预示的。我们演示了如何高电荷检测效率允许缩短平均纠缠产生时间，我们分析了我们的方案与合奏Cs原子的实施。
2013-12-11 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Rate analysis for a hybrid quantum repeater
我们提出了一个详细的速率分析的混合量子中继器假设完美的记忆和使用最佳的概率纠缠产生和确定性交换例程。混合量子中继协议是基于原子量子比特纠缠分布通过光相干态通信。推导了量子中继器中纠缠产生率的精确解析公式，并研究了纠缠纯化和复用策略对纠缠产生率的影响。更具体地说，我们认为尽可能少的纯化的情况下，我们表明，足够低的本地损失，这样的纯化仍然比多路复用更强大。在一个可能的实验方案中，我们的混合系统可以创建近最大纠缠（F = 0.98）对超过1280公里的距离在100赫兹的顺序的速率。
2010-10-01 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
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
Entanglement Swapping Scheduling for Quantum Repeater Chains under Decoherence during Classical Communications
Universidad Politécnica de Madrid（马德里理工大学）；Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）
本研究开发分析模型，揭示量子中继链中中继器数量增加与退相干影响间的权衡，发现存在最优中继器数量，为未来量子网络设计提供指导。
2026-10-07 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
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
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
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
Bosonic quantum error correction with microwave cavities for quantum repeaters
针对长距离量子通信的量子中继器需求，本文分析集成玻色纠错的中继系统密钥率，提出基于二项式码抑制存储损耗错误的方案，验证微波腔-超导transmon及全光实现路径的可行性。
2025-11-14 quant-ph
Frequency tuning of a triply-resonant whispering-gallery mode resonator to MHz wide transitions for proposed quantum repeater schemes
量子中继器依赖于飞行量子比特与量子存储器的接口。最常见的实现包括在带宽和中心频率上与原子系统匹配的窄带单光子。之前，我们证明了我们的多功能预示单光子源的兼容性，其基于三重共振回音壁模式谐振器中的参数下转换，具有碱性跃迁[Schunk等人，Optica 2，773（2015）]。在本文中，我们分析了我们的源在相位匹配，可用的波长调谐机制，和应用到窄带原子系统。我们共振地址的铯和铷的D1跃迁与此光参量振荡器泵浦其振荡阈值以上。低于阈值，单光子的有效耦合到原子跃迁预示着由单个电信波段的光子被证明。最后，我们提出了一个准确的分析描述我们的观察。提供连接各种原子跃迁与电信波长的灵活性，我们展示了一种有前途的方法来实现量子中继器的基本构建模块。
2016-07-14 quant-ph
Electric-Field Programmable Spin Arrays for Scalable Quantum Repeaters
提出基于金刚石色心和可编程电极阵列的电场可编程自旋阵列（eFPSA），实现低串扰、低功耗的单个色心高速自旋控制，集成慢光波导提升光耦合，相比路由树设计显著提高数千量子比特的纠缠生成率，支持可扩展量子网络。
2022-05-05 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
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
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
Transduction-Enabled Superconducting Quantum Repeater: Toward Deterministic Entanglement Distribution with High-Fidelity Gates
University of Pisa（比萨大学）；Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）；Northwestern University（西北大学）
针对光纤中光子损耗导致的长距离纠缠分发概率性问题，提出转导实现的超导量子中继器（TESQR），结合光子高速传输与超导高保真处理，实现确定性操作，平均分发率提升63%，纯化后20公里内保真度超0.8。
2026-09-21 quant-ph
Quantum repeaters with entangled coherent states
纠缠相干态可以通过从两个相干态的量子叠加态中非局域地减去单个光子来远程制备，即所谓的“薛定谔猫”态。这样的纠缠可以进一步分布在更长的距离，通过连续的纠缠交换操作使用线性光学和光子数分辨检测器。本文的目的是评估这种方法的性能，以量子中继器的长距离量子通信。尽管乍一看有许多吸引人的功能，但我们表明，当使用最先进的光子计数器和量子存储器时，它们并不能实现比基于单光子纠缠的中继器更高的纠缠产生率。我们讨论了潜在的发展，可以更好地利用丰富的纠缠的基础上连续变量，特别是有效的奇偶校验测量。
2009-12-19 quant-ph
Quantum repeater segment with free-space coupled co-trapped ions using telecom photon interference
Universität des Saarlandes（萨尔兰大学）；Zentrum für Quantentechnologien (QuTe), Universität des Saarlandes（萨尔兰大学量子技术中心 (QuTe)）；Ruhr-Universität Bochum（波鸿鲁尔大学）
通过共俘获自由空间耦合的40Ca+离子发射光子，转换至电信C波段并经过440米光纤传输后干涉，进行光子贝尔测量创建存储器间纠缠，实现保真度≥68(8)%的纠缠Bell态。
2026-06-11 quant-ph
Near-unit fidelity entanglement distribution using Gaussian communication
我们展示了如何以成功概率的百分比在光衰减距离的顺序的中继器信道段上分布几乎完全纠缠的量子比特存储器对。除了一些微弱的色散光-物质相互作用外，该方案只需要高斯态的传输和测量，这甚至超过了基于无误差非高斯测量的纠缠分布的相干态基准。这是通过两个创新实现的：第一，利用光学压缩态代替相干态。第二，在每个中继站再放大亮信号脉冲的幅度。后一种变化是一种让人想起经典中继器的策略，并且在基于单光子的方案中是不可能的。
2009-12-08 quant-ph
Quantum repeaters and computation by a single module
提出了一种对量子存储器进行远程非破坏性奇偶性测量的协议。该协议作为一个单一的模块的关键操作，如纠缠产生，贝尔测量，奇偶校验测量，和一个基本的门扩展一维集群状态。RNPM协议是通过激光器、光纤、分束器和光子探测器等设备的简单组合实现的。尽管它的简单性，RNPM协议组成的量子中继器被证明具有与信道长度成次指数比例的通信时间，并且它可以进一步配备纠缠蒸馏。由于减少了内部损耗，RNPM协议也可以用于生成面向基于测量的量子通信的簇态。
2010-02-28 quant-ph
