Implementation of bipartite or remote unitary gates with repeater nodes
我们提出了一些协议来实现两个远程方之间的中继器节点的帮助下，各种类的二分酉操作。我们还提出了一个协议，以实现一个单量子位幺正的参数确定的远程方的帮助下，多达三个中继节点。假设相邻节点之间由噪声光子通道连接，可以相当准确地实现局部门，而存储器的退相干是显著的。幺正通常是量子网络中更大计算或通信任务的一部分，为了减少网络其他系统中的退相干量，我们专注于节省实现幺正的总时间（包括纠缠准备时间）的目标。我们回顾了一些以前研究的协议，实现二分酉使用本地操作和经典的通信和事先共享纠缠，并将它们应用到没有事先纠缠的中继节点的情况。我们发现，使用分段纠缠相邻节点之间的协议往往需要更少的总时间相比，准备纠缠的两个端节点之间的第一，然后执行先前已知的协议。对于一般的二分酉，随着中继节点数量的增加，总时间可以接近从一个端节点到另一个端节点的直接信号传输的时间成本。我们还证明了一些下界的总时间时，有少量的中继节点。讨论了其在基于位置的密码学中的应用。
2016-08-19 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
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
Robust and Efficient Quantum Repeaters with Atomic Ensembles and Linear Optics
在过去的几年里，人们对只使用原子系综和线性光学的量子中继器协议产生了很大的兴趣。在这里，我们表明，本地生成的高保真纠缠对原子激发，结合使用双光子检测长距离纠缠生成，允许实施一个非常有吸引力的量子中继协议。这样的中继器相对于传输信道中的相位波动是鲁棒的，并且同时实现比使用相同成分的其他协议更高的纠缠生成速率。我们提出了一种有效的方法，产生高保真纠缠对本地的基础上，部分读出的合奏为基础的存储器。我们还讨论了所提出的协议的实验实现。
2008-05-13 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
A Robust Atom-Photon Entanglement Source for Quantum Repeaters
我们展示了一种新的方法，有效地和非常强大的创建一个原子和光子量子比特之间的纠缠。用单束激光激发一个原子系综，收集两个不同空间模式的散射拉曼场，产生原子-光子纠缠。在内置量子存储器的帮助下，纠缠在20.5 $μ$ s的存储时间后仍然存在，这一点通过CHSH型Bell不等式的破坏得到了进一步的证明。我们的纠缠过程是用于新颖的鲁棒量子中继器架构的构建块[Zhao等人，Phys. Rev. Lett. 98，240502（2007）]。我们的方法可以很容易地扩展到产生高维原子-光子纠缠。
2007-06-15 quant-ph
Parameter regimes for surpassing the PLOB bound with error-corrected qudit repeaters
潜在的量子互联网将为实现许多新应用开辟可能性，包括可证明安全的通信。由于光子的损失限制了长距离、直接的量子通信和广泛的量子网络，因此需要量子中继器。所谓的PLOB-无重复序列结合[Pirandola等人，国家通信8，15043（2017）]是直接量子通信量子容量的根本限制。在这里，我们分析得出的量子中继器增益的误差校正，单向量子中继器的基础上更高的维度qudits为两种不同的物理编码：福克和多模qudits。我们确定的参数制度，这样的量子中继器可以超过PLOB-repeaterless绑定和系统地分析如何典型的参数表现自己的量子中继器增益。该基准测试为实现纠错的qudit中继器提供了指导。
2019-12-11 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
The Network Impact of Hijacking a Quantum Repeater
在量子网络中，中继器劫持威胁到量子应用的安全性和实用性。为了解决这个问题，重要的是要衡量量子中继器劫持的影响。首先，我们量化每个量子中继器关于每个量子通信的工作负载。在此基础上，我们展示了使用分布式量子态断层扫描的中继器劫持检测的成本以及劫持造成的工作损失和重新路由惩罚的量。这种定量的评估包括纯化纠缠交换和量子纠错中继网络。一个简单的网络操作所需的检查可以被一个劫持者破坏，从而使整个网络瘫痪。幸运的是，随机分配测试的简单修复可以防止这种攻击。
2018-05-01 quant-ph
Hybrid quantum repeater with encoding
我们提出了一个使用量子比特重复和Calderbank-Shor-Steane码的编码混合量子中继器方案。对于重复码的情况下，我们提出了一个明确的实现的量子纠错协议。此外，我们分析的纠缠对分布率的混合量子中继器与编码，我们清楚地确定了一个三重权衡的效率的代码，存储器的退相干时间，和本地门错误。最后，我们表明，在存在合理的缺陷，我们的系统可以实现约24赫兹每存储器的20公里的中继器间距，最终距离为1280公里，和最终保真度约0.95的速率。
2012-11-02 quant-ph
Robust quantum repeater with atomic ensembles and single-photon sources
我们提出了一个量子中继协议，使用原子系综，线性光学和单光子源。通过吸收按需单光子源发射的单光子，产生了原子系综$u$和$d$的两个局域“偏振”纠缠态，基于此，通过Bell态测量可以有效地建立四个系综之间的高保真局域纠缠.利用双光子干涉实现了基本链中的纠缠和链间的纠缠连接。除了对量子信道中的相位波动具有鲁棒性之外，与部分读取（PR）协议相比，该方案可以将具有更高保真度的量子通信加速约2个数量级，持续1280 km（Sangouard { \it et al.}，Phys.Rev.A { \bf 77}，062301（2008）），其可以在具有相同成分的先前方案中最快地产生纠缠。
2008-11-24 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
One-way quantum repeater based on near-deterministic photon-emitter interfaces
提出了一种基于光子树簇态的单向量子中继器结构。在光子树簇中编码量子比特可以保护信息免受传输损失，并通过中继站链实现长距离量子通信。与受双向通信时间限制的传统方法相反，当前量子中继器协议的总体传输速率由本地处理时间确定，从而实现非常高的通信速率。我们进一步表明，这样的中继器可以构造为每个中继站只有两个固定量子比特和一个量子发射器，这显着增加了实验的可行性。我们讨论了潜在的实现与钻石缺陷中心和半导体量子点有效地耦合到光子纳米结构，并概述了如何将这样的系统集成到中继站。
2020-07-09 quant-ph
Quantum Repeater Chains via Cavity Magnon for Scalable Quantum Networks
本文提出一种基于腔磁振子的量子中继器架构，利用磁振子平台的频率可调性与相干特性实现多跳纠缠交换，并通过数值模拟验证其在短程和长距离场景下的可扩展性与集成优势。
2025-07-06 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
Design of a Quantum-Repeater using Quantum-Circuits and benchmarking its performance on an IBM Quantum-Computer
量子通信依赖于网络中两个节点之间纠缠的存在。然而，由于其脆弱的性质，几乎不可能通过量子比特的直接传输在大距离上建立纠缠。量子中继器已经被提出来解决这个问题，它将网络分开以创建小规模的纠缠链路，然后将它们连接起来以创建大规模的链路。随着研究人员竞相在越来越大的距离上建立纠缠，在将它们部署到现实生活中之前，衡量设计量子中继器的不同协议的性能和鲁棒性变得至关重要。目前可用的噪声量子计算机是这项任务的理想选择，因为它们可以模拟量子通信信道中的噪声环境，并为协议在现实硬件上的性能提供衡量标准。在本文中，我们报告了量子中继器完整架构的电路级实现，并在IBM的云量子计算机IBMQ上对该协议进行了基准测试。我们的实验表明，一个完整的片上量子中继器的共享钟对的保真度为26%，产率为49%。我们还将这些结果与IBM Qiskit的模拟数据进行了比较。我们的实验结果提供了一个量化的措施，目前可用的中继器可以建立纠缠的保真度。此外，所提出的电路实现为最先进的量子计算硬件提供了鲁棒的基准。
2021-10-14 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
Efficient quantum repeater based on deterministic Rydberg gates
我们提出了一个有效的量子中继器结构与介观原子系综，里德伯封锁用于确定性的本地纠缠产生，纠缠交换和纠缠纯化。与传统的基于原子系综的量子中继器相比，在确定性里德伯门的帮助下，纠缠分发速率提高了两个数量级。这种新的量子中继器方案具有鲁棒性和快速性，从而为实际的长距离量子通信开辟了一条新的途径。
2010-03-09 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
Quantum Repeaters based on Deterministic Storage of a Single Photon in distant Atomic Ensembles
量子中继器有望防止通信信道中的光子损失。最近，认真的努力已经应用于实现长距离纠缠的可扩展分布。然而，纠缠产生的概率性质和现实的量子存储器存储时间使量子中继器的实现成为一个突出的实验挑战。我们提出了一个量子中继器协议的基础上确定性存储的单光子在原子系综局限在遥远的高精腔，并表明，该系统是能够分布在长距离的纠缠与更高的速率相比，以前的协议，从而减轻了几个数量级的量子存储器寿命的限制。我们的方案对于量子信道中的相位起伏是鲁棒的，而在纠缠交换的每一步中，保真度缺陷是固定的并且可以忽略不计。
2011-10-12 quant-ph
Rethinking Quantum Repeaters: Balancing Scalability, Feasibility, and Interoperability
提出一种平衡可扩展性与可行性的量子中继器折中方案，采用无连接纠缠交换与简单错误检测技术，在现有互联网骨干网上实现了免信任的洲际量子密钥分发。
2025-10-31 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 repeater node with free-space coupled trapped ions
本文基于同一陷阱中两个自由空间耦合的钙离子量子存储器，实现了量子中继单元，演示了原子-光子与光子-光子纠缠的异步生成及纠缠交换，并分析了保真度与速率扩展性。
2024-09-03 quant-ph
Measurement-based quantum repeaters
我们介绍了基于测量的量子中继器，其中基于测量的小规模量子处理器用于在远程量子通信协议中执行纠缠纯化和纠缠交换。在该方案中，预先准备好的纠缠态存储在中间中继站耦合与传入的光子通过简单的贝尔测量，而不需要执行额外的量子门或测量。我们展示了如何构造所需的资源状态，以及如何最小化它们的大小。我们分析了噪声和缺陷下的方案的性能，重点是涉及纠缠态的几个量子比特的小规模实现。我们发现基于测量的净化协议显着改善噪声阈值。此外，我们已经表明，小规模的资源状态足以显着增加最大的通信距离。我们还讨论了我们的计划不同的设置可能的优势。
2012-04-10 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
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
Efficient computation of the waiting time and fidelity in quantum repeater chains
量子通信实现了一系列经典通信手段无法实现的应用，可证明安全的通信就是其中一个主要例子。量子通信方案通过直接通信可以覆盖的距离从根本上受到通信信道上的损耗的限制。通过量子中继器，这些方案的范围可以扩展，量子中继器链原则上可以覆盖任意长的距离。在这项工作中，我们提供了两个有效的算法来确定量子中继链的端节点之间的第一个生成的纠缠对的生成时间和保真度。该算法的运行时间随着链的段数的增加而多项式增加，这改进了现有算法的指数运行时间。我们的第一个算法是概率的，可以分析包括中间纠缠蒸馏的中继器链协议的改进版本。我们的第二个算法计算的等待时间分布到一个预先指定的截断时间，具有更快的运行时间比第一个，而且是准确的机器精度。使用我们的原理验证实现，我们能够分析中继器链的数千段的一些参数制度。因此，这些算法可以作为分析未来量子互联网的大型量子中继器链协议和拓扑结构的有用工具。
2019-12-16 quant-ph
Deep reinforcement learning for key distribution based on quantum repeaters
本研究构建量子中继器纠缠分发的马尔可夫决策过程模型，提出用深度强化学习寻找动态适配中继器状态的存储器截止策略，在四段量子中继器上验证了该策略优于朴素控制策略。
2022-07-20 quant-ph
Performance of Rotation-Symmetric Bosonic Codes in a Quantum Repeater Network
本文研究旋转对称玻色编码在基于腔QED的量子中继器网络中的性能，对比其与猫码的表现，通过密钥数量化系统性能，确定固定距离密钥交换所需站点数与资源开销。
2023-08-30 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
Quantum Neural Network Training of a Repeater Node
针对量子中继器节点交换门噪声容忍度差的问题，构建量子神经网络执行交换操作，发现其无需额外训练即可扩展且噪声容忍度随量子比特数增加而提升。
2024-08-08 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
Asynchronous Quantum Repeater using Multiple Quantum Memory
针对Duan-Lukin-Cirac-Zoller协议相位稳定性要求高且无法生成最大纠缠态的问题，提出基于后匹配思想的异步量子中继器协议，降低相位需求并原则上可生成最大纠缠态，基于克尔非线性谐振器的实现方案经模拟验证具优越性。
2024-11-26 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
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
ReQuSim: Faithfully simulating near-term quantum repeaters
本文提出基于 Monte-Carlo 的量子中继器仿真平台 ReQuSim，可忠实建模损耗、时间相关存储器噪声及复杂策略组合，从而评估近期现实量子中继器协议。
2024-04-03 quant-ph
Serialized Quantum Error Correction Protocol for High-Bandwidth Quantum Repeaters
单光子产生、传输和检测的进展表明，通过光纤发送量子信息的损耗可能低到足以使用量子纠错码进行纠正。这种纠错通信相当于一种新的量子中继器方案，但关于实现和系统要求的关键问题仍然悬而未决。在这里，我们表明，长距离纠缠比特产生的速率接近$10^8$ ebits/s可能使用一个完全串行化的协议，其中光子产生，纠缠，并通过顺序的，单向的相互作用与最小数量的物质量子比特的错误校正。假设所需元件的损耗和错误率低于量子纠错的阈值，则该方案展示了优于单光子传输的改进的性能。我们发现，使用这种串行协议和各种量子纠错码在大距离的ebit率的改善。
2015-08-24 quant-ph
Analysis of Quantum Network Coding for Realistic Repeater Networks
量子中继器网络由于能够实现量子态的远距离、大规模共享而受到人们的关注。最近，研究人员将经典的网络编码（一种提高吞吐量的技术）扩展到量子信息中。量子网络编码（QNC）的实用性已经在理想条件下得到了证明，但在噪声和量子资源短缺的情况下，它还没有被研究过。我们在蝴蝶网络上分析了QNC，它可以以标准量子网络中继器方法的两倍速率创建端到端Bell对。相对于纠缠交换，创建两个Bell对的联合保真度对QNC有一个小的惩罚。因此，当我们更关心吞吐量而不是保真度时，它将是有用的。我们发现，当初始贝尔对具有保真度F < 0.90时，即使使用完美的局部门，输出保真度也会下降到0.5以下。局域门错误对量子网络编码的影响比对纠缠交换的影响更大。
2016-02-03 quant-ph
Quantum repeaters based on two species trapped ions
我们研究了基于两种囚禁离子模块的量子中继器用于长距离量子密钥分发的可行性。被认为是由离子阱模块的共同捕获的不同种类的离子的中继器节点。用于通信量子位的物质具有优异的光学性质，而其他寿命较长的物质则用作模块中的存储量子位。每个模块仅通过通信离子发射的单光子与网络相互作用。利用离子间的相干库仑相互作用在通信离子和存储离子之间传递量子信息，实现两个存储离子之间的纠缠交换。我们描述了简单的模块化量子中继器架构实现的离子阱模块和数值研究的依赖性的量子密钥分发速率的各种实验参数，包括耦合效率，门失真，操作时间和长度的基本链接。我们的分析表明，共同捕获的两种离子的物理实现是一个有竞争力的平台，在长距离量子通信的关键改进。
2019-05-02 quant-ph
Extending Quantum Links: Modules for Fiber- and Memory-Based Quantum Repeaters
我们分析了基于光纤通道和存储站的量子中继器的基本构建模块。实现被认为是三个不同的物理平台，其中合适的组件是可用的：量子点，被困原子和离子，以及钻石中的色心。我们评估和比较了这些平台的基本量子中继器链路的性能，包括目前最先进的实验参数以及原则上可以在未来达到的参数。最终的目标是实验探索制度，在中间距离，高达几百公里，其中中继器辅助的密钥传输速率超过最大速率可通过直接传输。我们考虑两种不同的协议，其中一种更好地适应更高的源时钟速率和更低的存储器相干时间的量子点平台，而另一种则避免了需要写入光子量子态到存储器中的一个预兆，非破坏性的方式。基本构建块和协议可以以模块化形式连接，以构建潜在可扩展到大距离的量子中继器系统。
2019-12-20 quant-ph
Assessing the performance of quantum repeaters for all phase-insensitive Gaussian bosonic channels
实验量子通信中最受欢迎的目标之一是实现量子中继器。量子中继器的性能可以通过将所获得的速率与直接传输的量子和私有容量进行比较来评估，并辅之以无限的经典双向通信。然而，这些量很难计算，从而激发了对上限的搜索。竹冈、古哈和王尔德发现，量子信道的压缩纠缠是这两种能力的上限。一般来说，仍然很难找到量子信道的压缩纠缠的确切值，但是聪明的次优压缩信道允许人们上限这个量，从而也是相应的容量。在这里，我们利用这个想法来获得任何相位不敏感的高斯玻色子通道的界限。这个界限允许人们对用于模拟跨光纤通信的大类通道的量子中继器的实现进行基准测试。特别是，我们的界限是适用于现实的情况下，有一个输入上的平均光子数的限制。此外，我们还证明了通道的压缩纠缠在通道集合中是凸的，并利用了量子信道的压缩纠缠与其纠缠辅助经典容量之间的联系。在此基础上，我们得到了$d$维擦除通道的精确压缩纠缠和双向辅助容量，以及振幅阻尼通道和所有量子比特泡利通道的边界。特别是，我们的边界改善了以前最有名的压缩纠缠上界的去极化通道。
2016-04-19 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
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 dots for quantum repeaters
Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）；Julius-Maximilians-University of Würzburg（维尔茨堡朱利叶斯-马克西米利安大学）
综述III-V族半导体量子点作为量子中继器平台的进展，介绍其非经典光源技术现状，研究两种中继器架构，突出该架构优势并指出实际部署所需的剩余里程碑。
2026-07-10 quant-ph
Entanglement distribution between quantum repeater nodes with an absorptive type memory
量子中继器是长距离量子通信中不可缺少的设备，是将纠缠从短距离扩展到长距离的必要条件，然而，即使是在相邻中继器节点之间，也无法实现高速率的纠缠分发。在C. Jones等人，在New J.Phys.18，083015（2016）中，针对多个量子点、金刚石中的氮空位中心和被用作中继器节点内部的量子存储器的捕获离子，计算了相邻中继器节点之间的纠缠分布率。考虑到实际应用，利用现有技术布置多个量子存储器变得如此困难。希望用尽可能少的存储晶体实现高速率纠缠分发。本文提出了一种新的基于原子频率梳的单量子存储器纠缠分配方案，该方案可以实现单晶体的时间多模操作。与以往研究的直接产生自旋光子纠缠的量子存储器相比，所采用的吸收型量子存储器降低了多模操作的难度。结果表明，与C. Jones等人，New J. Phys. 18，083015（2016），并且通过利用最先进的技术接近实验实施。
2021-07-23 quant-ph
Efficient optimization of cut-offs in quantum repeater chains
量子通信可以实现传统资源无法实现的任务。然而，在许多相关场景中，通信信道上的损耗妨碍了量子信息的直接长距离传输。原则上，量子中继器允许人们克服损失。然而，现实的硬件参数使得长距离量子通信在实践中面临挑战。例如，在许多协议中，生成的纠缠对需要在量子存储器中等待，直到生成额外的对。在此等待时间期间，第一对散聚，影响最终产生的纠缠的质量。这种影响可以通过施加一个截止条件来减轻，但代价是降低税率。例如，纠缠的最大存储时间，超过该时间后将被丢弃。在这项工作中，我们优化了量子中继器链的截止值。首先，我们开发了一个算法，用于计算的概率分布的等待时间和保真度的纠缠产生的中继器链协议，其中包括一个截止。然后，我们使用该算法来优化截止，以最大限度地提高中继器链的端节点之间的密钥速率。我们发现，使用的最佳截止扩展的参数制度，可以生成的秘密密钥，而且显着增加了大范围的参数的秘密密钥率。
2021-06-04 quant-ph
Loss-tolerant all-photonic quantum repeater with generalized Shor code
全光子量子中继器（APQR）是实现长距离量子通信的一种很有前途的中继器方案。对于一个实用的APQR，一个不可或缺的要求是对光子损失的中继器图形状态（RGS）的鲁棒性。我们提出了一种新的丢失容忍方案，通过应用广义Shor码的RGS，这可以用现有的技术进行实验证明。在实验中，我们首先准备和验证九量子位Shor代码。然后，将广义Shor码应用于APQR，并基于Shor码的状态构造了一种结构为$1\times2$的简化编码RGS，分别验证了本文提出的容错方案的有效性和编码RGS的容错性。我们的结果为实现实用的APQR码迈出了重要的一步，丰富了量子纠错码的研究。
2022-03-15 quant-ph
Parameter regimes for a single sequential quantum repeater
量子密钥分发允许在通过诸如光纤或自由空间的量子信道连接的远端方之间生成秘密密钥。不幸的是，通过直接传输生成密钥的速率基本上受到距离的限制。这种限制可以通过实现所谓的量子中继器来克服。在这里，我们评估一个特定的，但非常自然的设置称为一个单一的顺序中继器的量子密钥分发的性能。我们提供了一个细粒度的评估的中继器通过引入一系列的基准。基准，这应该被超越，以要求一个工作的中继器，是基于有限的能量考虑，热噪声和损失的设置。为了提高所研究的中继器的性能，我们介绍了两种方法。第一个对应于截止的概念，其通过引入最大存储时间来减少量子态存储期间的退相干效应。其次，我们补充了标准的经典后处理与优势蒸馏程序。使用这些方法，我们找到了现实的参数，可以实现比每个基准更大的速率，指导实现量子中继器的方式。
2018-05-15 quant-ph
Repeater-like asynchronous measurement-device-independent quantum conference key agreement
Nanjing University（南京大学）；Renmin University of China（中国人民大学）；Beijing Academy of Quantum Information Sciences（北京量子信息科学研究院）；Yunnan University（云南大学）
本文提出一种异步测量设备无关量子会议密钥协议，通过异步GHZ态测量实现多方参与的高效密钥分发，展示了与单中继方案相当的性能，并实现了有限密钥条件下的城间传输距离。
2026-03-26 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
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
On noise in swap ASAP repeater chains: exact analytics, distributions and tight approximations
针对量子swap ASAP中继链保真度表征难题，提出基于生成函数的解析方法，得到至多25段保真度矩精确解、10段内完整分布及紧近似，还推广至全局截断策略优化并解析计算密钥率。
2025-05-08 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
