Experimental long-distance quantum secure direct communication
量子安全直接通信（QSDC）是量子通信的一个重要分支，它不需要加解密过程，直接实现信息的安全传输。最近，两个桌面实验已经证明了QSDC的原理。本文报道了国内首次进行的长距离QSDC实验，包括安全性测试、信息编码、光纤传输和解码。经过0.5 km的光纤传输后，两个偏振纠缠Bell态的量子态相似度分别为91%和88%，可用于信息编码。基于现有的光通信技术，我们从理论上分析了QSDC系统的性能，表明在几十公里的光纤链路上实现QSDC是可以预期的。它展示了长距离QSDC的潜力，并支持其在量子通信网络上的未来应用。
2017-10-22 quant-ph
Long-range big quantum-data transmission
我们介绍了一种替代类型的量子中继器，用于长距离量子通信，具有改进的距离缩放。我们表明，通过采用散列，一个确定性的纠缠蒸馏协议与单向通信，得到一个可扩展的方案，允许一个达到任意的距离，每个中继站的资源，并具有恒定的开销，和重复率。在实践中，我们表明，在每个中继站也有几百个量子比特的适度资源，可以达到洲际距离。与此同时，基于测量的实现允许人们容忍高损失，但也允许每个量子位有百分之几的操作和存储错误。这为大量子数据的远距离通信开辟了道路。
2018-01-22 quant-ph
High-efficient long-distance device-independent quantum secret sharing based on single-photon sources
针对多粒子纠缠源低效和光子传输损耗限制，提出基于近按需单光子源与预示架构的长距离 DI QSS 协议，效率提升六个数量级、距离至少提升151倍。
2025-05-16 quant-ph
Quantum Error Models and Error Mitigation for Long-Distance Teleportation Architectures
一种量子通信架构正在开发中，用于长距离、高保真度的量子比特隐形传态。它使用一个超亮窄带偏振纠缠光子源，加上捕获原子量子存储器，并且它与标准电信光纤上的长距离传输兼容。本文报道了误差模型的前隐形传态结构，并为扩展到它，使长距离传输和存储的格林伯格-霍恩-蔡林格状态。利用量子纠错或纠缠纯化，以提高这些量子通信架构的性能进行了讨论。
2002-11-14 quant-ph
Long distance local local oscillator continuous variable quantum key distribution with digital signal processing
针对低信噪比下长距离本振连续变量量子密钥分发（CV-QKD）的数据恢复挑战，提出最小二乘拟合算法提升采样与相位补偿精度，在120km光纤上实验验证了系统的高效性与长距离传输潜力。
2025-03-04 quant-ph
Continuous-variable measurement-device-independent quantum key distribution via quantum catalysis
与测量设备无关的连续变量量子密钥分发（CV-MDI-QKD）是一种很有前途的抗侧信道攻击方案，但与离散变量（DV）方案相比，CV-MDI-QKD面临传输距离的限制。在本文中，我们提出了一种方法，提高性能的CV-MDI-QKD涉及可实现的密钥速率和传输距离，通过使用零光子催化（ZPC），这确实是一个无噪声衰减过程。数值仿真结果表明，在极端非对称情况下，基于ZPC的CV-MDI-QKD协议的传输距离优于原协议。与以往基于单光子减法（SPS）的CV-MDI-QKD方案相比，该方案具有更高的密钥速率和更长的传输距离。特别地，基于ZPC的CV-MDI-QKD可以比原始协议和基于SPS的CV-MDI-QKD容忍更多的检测器缺陷。
2019-07-17 quant-ph
Transmission area and two-photon correlated imaging
研究了无透镜系统中被成像物体的透射面积与其像的可见度之间的关系。结果表明，当透射面积以不同方式变化时，可见度的变化是不同的。通过增加狭缝数来增加透射率导致可见度降低。而当两条狭缝之间的距离一定时，狭缝宽度的变化是相反的。
2006-11-03 quant-ph
Nonorthogonal decoy-state Quantum Key Distribution
在实际的量子密钥分发（QKD）中，由于多光子脉冲的存在和传输线上的严重损耗，弱相干态作为光子源在保密密钥速率和传输距离上都有一定的限制。诱饵态方法和非正交编码协议是对抗这些影响的两种重要武器。在这里，我们结合这两种方法，并提出了一种有效的方法，可以大大提高量子密钥分配的性能。我们发现一个79公里的传输距离增加了先前的记录使用诱饵状态的方法。
2005-09-23 quant-ph
Long-term transmission of entangled photons from single quantum dot over deployed fiber
基于单量子发射器的非经典光源被认为是多量子网络架构的核心技术。已经开发了各种各样的光源，但是所产生的光子仍然远未在已建立的标准光纤网络中使用。在这里，我们报告了一个为期一周的传输偏振纠缠光子从一个单一的InAs/GaAs量子点通过城域网光纤。发射的光子在电信O波段，有利于光纤通信。我们采用了偏振稳定系统，克服了18.23公里的安装光纤引入的双折射的变化。实现了偏振编码纠缠的稳定传输，高保真度为91%，促进了亚泊松量子光源在现有光纤网络上的运行。
2018-07-27 quant-ph
Long-distance quantum communication using concatenated ring graph codes
针对长距离量子通信需处理传输损耗和操作错误但现有级联码硬件需求高的问题，提出基于级联环图码和线性光学贝尔态测量的单向量子中继器架构，物质量子比特数随级联深度线性扩展，单量子比特错误率ε>10⁻³时仍能以千赫兹速率实现>10⁴千米通信。
2025-04-15 quant-ph
Extending quantum correlations to arbitrary distances via parallel repetition of routed Bell tests
通过并行重复路由贝尔测试，将远处设备认证所需的阈值探测效率指数级降低至$1/2^N$，从而将量子关联扩展到任意距离。
2025-04-24 quant-ph
High error-rate quantum key distribution for long-distance communication
在最初的BB84协议中，窃听者被检测到，因为他试图拦截信息导致量子比特错误率（QBER）至少为25%。在这里，我们设计了另一种量子密钥分发协议，其中Alice和Bob使用两个相互无偏的基，其中一个编码为“0”，另一个编码为“1”。“该方案的安全性是由于窃听者引入的最小索引传输错误率（ITER），该错误率在高维光子状态下显着增加。这允许传输线中有更多的噪声，从而增加了Alice和Bob之间的可能距离，而不需要中间节点。
2009-05-26 quant-ph
Improving key rates by tighter information reconciliation leakage estimation for quantum key distribution
针对量子密钥分发中现有信息泄露估计方法高估泄露量的问题，提出考虑量子部分对后处理影响的更紧估计方法，显著提升了安全密钥率和最大传输距离，仿真结果与理论一致。
2025-01-13 quant-ph
Transmission Of Optical Coherent State Qubits
讨论了光相干态量子比特的长距离传输。通过吸收，这些量子比特遭受两种主要类型的错误，相干态的振幅的减少和Pauli Z算子的意外应用。我们将展示如何使用隐形传态和纠错码技术来修复这些错误。
2004-09-21 quant-ph
Security improvement of using modified coherent state for quantum cryptography
弱相干态作为量子密码学的光子源，由于存在多光子事件和传输线损耗，在保密数据速率和传输距离上受到限制。相干态中的双光子事件可以通过双光子干涉方案取出。我们研究了在量子密码学中利用这种修改的相干态的安全问题。与相干态相比，保密数据速率提高了4dB，传输距离增加了近2倍。
2005-01-30 quant-ph
Underwater Transmission of High-dimensional Twisted Photons over 55 Meters
作为现代光学、大数据、互联网通信和量子技术的新兴信道资源，携带轨道角动量（OAM）的扭曲光子在光纤和大气等不同介质中的应用范围不断扩大。由于损耗和压力的极端条件，扭曲光子的水下传输尚未得到很好的研究。特别是，单光子测试都限制在几米的水平，实际上不清楚更长的传输距离会发生什么。在这里，我们通过实验演示了单光子扭曲光在水下通道上的传输，最长可达55米，达到了允许潜在实际应用的距离。对于不同阶数的OAM态及其叠加态，观察到了模态结构和拓扑荷的良好保持。我们的研究结果首次揭示了扭曲光子在长距离区域的真实传输性能，代表了基于OAM的水下量子通信的进一步发展。
2019-02-04 physics.optics quant-ph
Long-distance transmission of quantum key distribution coexisting with classical optical communication over weakly-coupled few-mode fiber
量子密钥分发（QKD）是量子信息处理中最具实际意义的应用之一，它可以在远端用户之间产生信息论安全的密钥。借助波分复用技术，量子密钥分配技术已经与经典的光通信网络相结合。少模光纤（FMF）模-波长双重复用技术可以进一步提高波分复用性能，与多芯光纤相比，FMF具有额外的模隔离度和较大的模有效芯面积，尤其在制作和拼接技术上更具有实用性。在这里，我们提出了第一次共存的QKD实现与经典的光通信弱耦合FMF使用全光纤模式选择耦合器。在发射功率为-2.60dBm的情况下，利用1.3kbps的实时安全密钥生成，实现了量子密钥分发在86kmFMF上与100Gbps经典数据信道的共传播。与单模光纤相比，在相同的光纤输入功率下，FMF的平均拉曼噪声降低了86%。我们的工作实现了量子密钥分配与经典光通信的融合，并展望了量子通信与下一代模分复用网络的兼容性
2020-02-02 quant-ph
Backaction driven, robust, steady-state long-distance qubit entanglement over lossy channels
我们提出了一个方案，用于产生强大的和持久的纠缠之间的量子比特，不相互作用，并分开了一个长的和有损的传输通道，使用马尔可夫水库工程。该提案仅使用相关衰减到远程分离的公共通道，驱动单光子量子比特跃迁。这个简单的方案是通用的，适用于各种实验实现，包括电路和腔QED，与需要动态控制，初始化，测量，或反馈的方法相比，实验开销很小。除了避免这些低效率，简单的协议是高度鲁棒的噪声，误校准，并在信道中的损失。我们在广泛的参数范围内找到了高质量的解决方案，并表明最佳策略反映了从弹道光子传输到扩散光子传输的转变，从对称和相干地驱动一个共同的稳态到不对称地吸收从一个量子比特发射的光子。传输通道的作用的详细分析表明，允许双向衰减大大增加了不可逆性，从而二次抑制失真。
2016-08-18 quant-ph
Asymmetry-aided measurement-based quantum repeaters and distributed quantum computing with a decoder-free client
Korea Institute of Science and Technology Information (KISTI)（韩国科学技术信息研究院）
研究分布式量子计算中逻辑量子比特在有损光链路传输问题，利用基于测量的量子中继器结构不对称特性，采用矩形Bacon-Shor子系统码提高传输效率，扩展框架实现无解码器客户端的分布式量子计算，降低中继器密度。
2026-07-14 quant-ph
Long-distance continuous-variable quantum key distribution using non-Gaussian state-discrimination detection
提出了一种基于非高斯状态鉴别检测的四态长距离连续变量量子密钥分发（CVQKD）协议。在发射端采用光子减法操作，对产生非高斯操作所需的信号进行分裂，以延长CVQKD的最大传输距离。在接收端采用一种改进的状态鉴别检测器，与传统的相干检测器共同确定测量结果，该检测器可以看作是一种优化的量子测量，可以鉴别出超出标准量子极限的非正交相干态。通过巧妙地利用复用技术，产生的信号可以同时通过一个不可信的量子信道传输，随后分别发送到状态鉴别检测器和相干检测器。安全性分析表明，该方案可以延长最大传输距离达数百公里。在考虑有限尺寸效应和组合安全性的情况下，得到了安全距离的最紧界，该界比渐近界更符合实际。
2017-08-14 quant-ph
Atmospheric effects on continuous-variable quantum key distribution
与光纤连续变量量子密钥分发（CVQKD）相比，大气信道具有更广的地理覆盖范围和更灵活的传输方式，但大气信道存在许多不利的特性，如光束消光和各种湍流效应，会降低可实现的密钥速率。在这里，我们展示了这些因素如何影响CVQKD的性能，通过考虑我们新推导出的衰落信道的密钥速率公式，其中包括检测缺陷，从而形成CVQKD的传输模型。该模型可以帮助评估实验方案在实际应用中的可行性，我们发现边界层内水平链路的性能恶化主要是由透射率波动（包括光束漂移、展宽、变形和闪烁）引起的，而弱湍流下由脉冲展宽引起的透射率变化可以忽略不计。此外，我们还发现，当传输距离较长时，通信中断也会导致可感知的密钥速率降低，而由于到达时间波动引起的相位过量噪声需要新的补偿技术将其降低到可以忽略的水平。此外，它被发现，执行零差检测，使更长的传输距离，而外差允许更高的可实现的密钥速率在短距离。
2018-10-22 quant-ph
Extended quantum Maxwell demon acting over macroscopic distances
量子麦克斯韦恶魔是一种可以通过提供纯度来降低量子系统熵的设备。这种量子恶魔的功能植根于交换混合态和纯态的量子力学SWAP操作。我们描述了一个量子麦克斯韦恶魔的设置和性能，从远处净化能量孤立系。我们基于cQED的设计涉及两个transmon量子位，其中混合态目标量子位由通过非谐振传输线连接的纯态demon量子位纯化;这种配置自然会产生iSWAP门。虽然不如一个完整的SWAP门强大，我们表明，假设当今的性能特征的cQED实现，这样一个扩展的量子麦克斯韦恶魔可以净化的目标量子位在宏观距离上的数量级米，并容忍升高的温度的顺序几开尔文的传输线。
2018-11-13 quant-ph
Near-term quantum-repeater experiments with nitrogen-vacancy centers: Overcoming the limitations of direct transmission
量子信道使通信任务的实现无法达到他们的经典同行。最著名的例子是密钥的分发。然而，在没有量子中继器的情况下，可以执行这些任务的速率由量子信道中的损耗决定。在实践中，信道损耗限制了量子协议在短距离内的应用。量子中继器有可能显着提高速率并超越直接传输的限制。然而，没有实验实现已经克服了直接传输阈值。在这里，我们提出了三个量子中继器方案，并评估它们的能力，以产生密钥时，实施的设置使用氮空位（NV）中心的钻石与近期的实验参数。我们发现，这些方案之一-所谓的单光子方案，不需要量子存储-有能力超过容量-直接传输可实现的最高秘密密钥速率-通过7倍的距离约9.2公里的近期参数，建立它作为量子中继器的第一个实验实现的主要候选人。
2019-06-26 quant-ph
Quantum state transmission via a spin ladder as a robust data bus
通过将两个自旋连接到一个各向同性反铁磁自旋梯系统上作为数据总线，探讨了相干传输自旋量子信息的物理机制。由于理想介质中存在较大的自旋能隙，两个相连自旋的有效哈密顿量可以表现为海森堡型哈密顿量，它具有一个最大纠缠的基态.我们证明了有效耦合强度与两个自旋之间的距离成反比，因此量子信息可以在相隔较长距离的两个自旋之间传递，即量子态转移的特征时间与距离成线性关系.
2004-06-22 cond-mat.str-el quant-ph
Self-error-rejecting quantum state transmission of entangled photons for faithful quantum communication without calibrate reference frames
我们提出了一种无需附加光子和校准参考系的两方偏振纠缠传输方案。该方案对信道随机噪声和参考系不稳定性具有较好的鲁棒性，并将其推广到多方Greenberger-Horne-Zeilinger状态传输。此外，两方和多方纠缠传输的成功概率，在原则上，提高到统一时，使用主动偏振控制器。该协议具有结构简单、易于实现、保真度高、效率高等特点，在长距离量子通信和分布式量子网络中具有重要的应用价值。
2018-09-01 quant-ph
Twisted Light Transmission over 143 kilometers
光的空间模式可能携带大量的信息，使它们成为经典和量子通信的有希望的候选者。然而，这种模式在大距离上的分布仍然很困难。模间耦合使它们与普通光纤的使用变得复杂，而自由空间传输被认为受到大气湍流的强烈影响。在这里，我们展示了两个加那利群岛之间143公里距离的光的轨道角动量模式的传输，这是以前实现的最大距离的50倍。作为传输质量的演示，我们使用这些模式的叠加来编码短消息。在接收器处，人工神经网络用于区分不同的扭曲光叠加。该算法能够识别不同的模式叠加的准确度超过80%，直到第三模式阶，和解码的错误率为8.33%的传输信息。利用我们的数据，我们估计在超过100公里的自由空间中，轨道角动量纠缠的分布是可行的。此外，我们的自由空间链路的质量可以通过使用最先进的自适应光学系统进一步提高。
2016-06-06 physics.optics quant-ph
Theory of qubit noise characterization using the long-time cavity transmission
噪声诱导的退相干是大规模量子计算的主要威胁之一。为了评估影响量子比特的噪声，我们超越了输入-输出理论中量子比特耦合腔传输的标准稳态解，在系统描述中包括动态噪声。我们精确地求解了无噪声系统的量子朗之万方程，并将噪声视为微扰。在长时间限制中，校正可以被写为噪声功率谱密度与取决于外部控制参数的积分核的卷积之和。使用卷积定理，我们反演的校正，并获得作为可测量量的积分的噪声谱密度的关系。此外，我们对待的噪声正是在色散制度，并再次发现，噪声特性的印记在包含功率谱密度的卷积的长时间传输。
2022-10-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum state transmission in a cavity array via two-photon exchange
研究了每个腔中含有一个三能级原子的耦合腔阵列的动力学行为。对于均匀和交错腔间跳跃，整个系统的哈密顿量可以在单原子激发子空间中解析对角化。详细分析了在不同参数范围内的量子态沿腔的转移，揭示了一些有趣的现象，包括二进制传输，激发布居的选择性局域化。我们证明了均匀耦合更适合于量子态的转移。结果表明，位于第一腔中的极化激元的初态对传输保真度起决定性作用，局域纠缠降低了态转移几率。利用亚稳态，量子态转移的距离可以远大于Jaynes-Cummings-哈伯德模型。通过采用一类初始编码和最终解码，可以获得更高的传输概率和更长的传输距离。
2012-02-09 cond-mat.other quant-ph
Long-range waveguide-quantum electrodynamics with left-handed transmission lines
Northwestern University（西北大学）；University of Massachusetts, Lowell（马萨诸塞大学洛厄尔分校）；Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学）
本文提出一种具有本征远距离相互作用的波导量子电动力学系统，利用左-handed传输线实现原子与光子的远距离耦合，展示出代数局部化和加速光子传播特性。
2026-05-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Long-distance continuous-variable quantum key distribution using separable Gaussian states
连续变量量子密钥分发（CVQKD）被认为是一种安全通信的经典密码学的替代方案。然而，它的传输距离仅限于大城市地区，因为它受到信道过量噪声和损耗的影响。在本文中，我们提出了一个方案，实现长距离CVQKD使用可分离的高斯态。这种可调谐QKD协议需要可分离的高斯态，这些高斯态被压缩和移位，以及经典通信和可用的线性光学元件的帮助。该协议起源于一个模式和用于分配的辅助模式的纠缠，该纠缠首先被本地相关噪声破坏，随后通过辅助模式与第二远距离可分离相关模式的干涉而恢复。位移矩阵由两个六维向量组成，并最终由三方系统的可分性确定。辅助系统与Alice和Bob的系统之间的可分离性减轻了敌人的窃听，导致容忍更高的多余噪声并实现更长的传输距离。
2018-12-04 physics.comp-ph quant-ph
Secure and Robust Transmission and Verification of Unknown Quantum States in Minkowski Space
相对论性量子信息的一类重要的密码学应用工作如下。B产生一个随机量子点，并在点P处将其提供给A。A应该以接近光速c将其传输到许多可能成对的类空分离点Q1;：;Qn中的一个。A的传输应该是安全的，在这个意义上，B不能提前告诉哪个Qj将被选择。这带来了重大的实际挑战，因为以接近c的速度安全可靠地长距离传输量子数据目前并不容易。在这里，我们提出了不同的技术来克服这些困难。我们介绍的协议，允许安全的远程实现，即使双方控制只有广泛分离的小规模实验室。特别是，我们介绍了一个协议，其中A需要发送qudit只在很短的距离，并安全地传输经典的信息（例如使用一个时间垫）在剩余的距离。我们进一步表明，通过使用并行实现的协议的安全性可以保持在存在适量的损失和错误。
2014-01-17 cs.CR quant-ph
Multi-photon QKD for Practical Quantum Networks
本文针对实用量子网络中单光子源受限与传输距离不足的问题，比较 3-stage 多光子 QKD 与传统协议，分析不同拓扑下的效率并建立密钥率关系。
2025-05-27 cs.CR cs.NI quant-ph
Transmission of Photonic Polarization States through 55-meter Water: Towards Air-to-sea Quantum Communication
量子通信因其无条件的安全性而得到迅速发展，并在实验中通过光纤和自由空间空气成功实现。为了构建一个完整的包括空间卫星和海洋潜器的量子通信网络，人们对水下量子信道进行了理论和实验研究。然而，偏振编码量子比特是否可以通过长距离和高损耗的水下信道生存的问题仍然存在，该信道被认为是星载无线电波的限制区域。在这里，我们实验证明了蓝绿色光子偏振态通过55米长的水的传输。我们在单光子水平上制备了六个普适量子态，并在大型海洋实验平台上观察了它们的忠实传输。我们通过量子过程层析成像获得了信道的完整信息。这项工作中展示的距离达到了一个允许潜在实际应用的区域，代表着向空海量子通信迈进了一步。
2018-11-27 physics.app-ph physics.optics quant-ph
High-fidelity spatial mode transmission through a 1-km-long multimode fiber via vectorial time reversal
标准多模光纤支持的大量空间模式是一个有前途的平台，可以将量子和经典通信的信道容量提高几个数量级。然而，长多模光纤的实际应用受到模式串扰和偏振混合的严重阻碍。为了克服这些挑战，我们开发和实验证明了矢量时间反转技术，这是通过数字预成形的波前和偏振的前向传播的信号光束是一个辅助的，向后传播的探测光束的相位共轭。在这里，我们报告了一个平均模式保真度超过80%的210拉盖尔-高斯和厄米-高斯模式，通过使用矢量时间反转超过一个不稳定的1公里长的光纤。我们还提出了一个实用的和可扩展的空间模式复用量子通信协议在长多模光纤来说明潜在的应用，可以通过我们的技术。
2021-03-25 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Fabrication of a centimeter-long cavity on a nanofiber for cavity QED
我们报道了一个1.2厘米长的腔体直接使用飞秒激光烧蚀的制造。精细度值在200-400范围内的腔模仍然可以保持40- 60%之间的透射率，这可以使腔QED的“强耦合”机制对于被捕获的单个原子远离光纤表面200 nm。对于这样的腔模式，我们估计的单程腔内传输为99.53%。其他腔模式，其可以实现在3-10的范围内的高协同性，显示出超过60-85%的透射率，并且适合于基于光纤的单光子源和“Purcell”机制中的量子非线性光学。
2017-01-24 physics.ins-det physics.optics quant-ph
