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
On the role of memory errors in quantum repeaters
研究了存储错误对远程量子通信中量子中继器方案的影响。我们表明，通信距离是有限的，在标准的操作模式下，由于内存错误造成的经典信号不可避免的等待时间。我们展示了如何克服这些限制，（i）提高本地存储器，（ii）引入两种新的操作模式的量子中继器。在两种操作模式中，中继器盲运行，即不等待经典信号到达。在第一个方案中，使用基于单向经典通信的纠缠纯化协议，允许在任意距离上进行通信。然而，在局部控制操作中噪声的误差阈值是非常严格的。第二种方案利用了双向经典通信的纠缠净化协议，并继承了标准模式下中继器的良好错误阈值。可以通过物理资源的合理开销将可能的通信距离增加一个数量级。我们概述了一个量子中继器的架构，可以确保洲际量子通信。
2006-11-17 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
Optimal quantum repeaters with doubly entangled state purification
最近，Briegel等人提出了一种利用嵌套纠缠纯化的长距离量子通信的量子中继器协议（Physical Review Letters \textbf{81}，5932）。在本文中，我们提出了一个改进的方案，用于构建一个最佳的量子中继器使用双纠缠光子对，克服了量子通信通过噪声信道的限制。基于非理想量子操作和经典通信，可以建立效率更高的偏振纠缠量子信道。
2009-02-23 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
Capacity-approaching quantum repeaters for quantum communications
在当今的量子通信中，主要问题之一是缺乏能够同时确保高速率和长距离的量子中继器设计。最近的文献已经建立了端到端的能力，这些能力可以通过量子网络中最通用的量子和私有通信协议来实现，包括量子中继器链的情况。然而，是否存在接近这种能力的物理设计仍然是一个具有挑战性的目标。在这种动机的驱动下，在这项工作中，我们提出了一种连续变量量子中继器的设计，并表明它实际上可以实现这一壮举。我们还表明，即使在一个嘈杂的制度，我们的利率超过Pirandola-Laurenza-Ottaviani-Banchi（PLOB）界。我们的中继器设置是使用无噪声线性放大器，量子存储器和连续变量贝尔测量。此外，我们提出了一个非理想模型的连续变量量子存储器，我们在我们的设计中使用。然后，我们表明，潜在的量子通信速率将偏离理论容量，正如人们所期望的那样，如果量子链路太嘈杂和/或低质量的量子存储器和放大器。
2020-09-08 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
Quantum Correlations over Long-distances Using Noisy Quantum Repeaters
量子关联作为量子通信的资源，可以通过量子中继器进行远距离传输。在这封信中，我们介绍了噪声量子中继器的概念，并研究了它在量子通信中的作用。量子关联共享噪声量子中继器，然后其特征在于和他们的保密性进行了研究。值得注意的是，有噪量子中继器自然会在密钥蒸馏场景中引入私有状态，因此密钥蒸馏协议被证明更具容忍性。
2008-03-10 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
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
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 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
Fundamental Limits of Repeaterless Quantum Communications
University of York（约克大学）；University College London（伦敦大学学院）
量子通信保证了量子信息的可靠传输、纠缠的有效分配和完全安全密钥的产生。对于所有这些任务，我们需要确定量子信道两端的两个远程方可以实现的最佳点对点速率，而不限制它们的本地操作和经典通信，这可以是无限的和双向的。这些双向辅助容量代表了在没有量子中继器的情况下可达到的最终速率。通过构造一个基于纠缠相对熵的上界和设计一种称为“隐形传态拉伸”的与维度无关的技术，我们建立了许多基本信道的这些能力，即玻色子有损信道，量子限制放大器，在任意维度的移相和擦除信道。特别是，我们确定了影响任何量子密钥分发协议的基本速率损耗权衡。我们的发现设定了点对点量子通信的极限，并为量子中继器提供了最精确和最通用的基准。
2026-10-17 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
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 with Encoding
我们提出了一种新的方法来实现长距离量子通信的量子中继器。我们的协议产生一个骨干编码贝尔对，并使用经典的纠错过程中同时纠缠连接。我们说明了简单的Calderbank-Shor-Steane（CSS）编码的中继器协议可以显着延长通信距离，同时仍然保持快速的密钥生成速率。
2008-12-21 quant-ph
600 km repeater-like quantum communications with dual-band stabilisation
双场（TF）量子密钥分发（QKD）从根本上改变了量子密钥分发的速率-距离关系，提供了单节点量子中继器的可缩放性。尽管最近的实验已经证明了TF-QKD允许的安全长距离通信的新机会，但要释放其真正的潜力仍然存在巨大的挑战。以前的演示需要与量子信号相同波长的强烈稳定信号，从而不可避免地产生限制距离和比特率的瑞利散射噪声。在这里，我们介绍了一种新的双带稳定方案，克服了过去的限制，并可以适应其他相敏单光子应用。使用两个不同的光波长复用在一起的信道稳定和协议编码，我们开发了一种设置，提供中继器一样的关键率记录通信距离分别为555公里和605公里的有限大小和渐近制度，并增加了安全的关键率在长距离的两个数量级的实际意义的值。
2022-05-23 quant-ph
Quantum repeaters and quantum key distribution: the impact of entanglement distillation on the secret key rate
本文研究了量子密钥分发中的量子中继器。针对不同的蒸馏协议和蒸馏策略，我们优化了每内存每秒的密钥速率。为此，我们还推导出了量子中继器产生的纠缠对的平均数量的解析表达式，包括纠缠交换和纠缠蒸馏的经典通信时间。我们调查的影响，这个经典的通信时间上的秘密密钥速率。最后研究了检测器效率对密钥速率的影响。
2013-03-14 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
Quantum Zeno Repeaters
量子中继器为长距离量子通信和量子互联网铺平了道路，量子中继器的想法是基于纠缠交换，这需要实现受控的量子门。经常测量量子系统会影响其动力学，称为量子芝诺效应（QZE）。除了减缓其演化，QZE还可以通过在测量之间引入一组精心设计的操作来控制量子系统的动力学。在这里，我们提出了一个纠缠交换协议的基础上QZE，它实现了几乎单位保真度。我们的协议的实施只需要简单的频繁的阈值测量和单粒子旋转。我们提出的纠缠交换协议扩展到一系列的中继站，用于构建量子芝诺中继器，无论中继器的数量如何，它也实现了几乎单位的保真度。不需要控制门，我们的建议减少了量子中继器的量子线路的复杂性。我们的工作对利用量子Zeno效应实现长距离量子通信和量子计算具有重要的意义。
2022-06-17 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
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
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
Merging-Based Quantum Repeater
本文提出一种基于量子合并操作和纠缠重用的量子中继器方案，在操作失败后仍保留纠缠，从而降低等待时间、提高通信速率，并通过原理验证展示其优于传统交换式中继协议的实际应用潜力。
2025-02-06 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
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
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
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
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
Continuous-Variable Multiplexed Quantum Repeater Networks
针对猫态码在量子中继器协议中密钥率极低的问题，本文提出以少量量子存储器或图态为辅助资源的猫态码量子中继器协议，将密钥率提升数个数量级，为长距离量子通信提供高效设计方案。
2024-11-22 quant-ph
Secret key rates for an encoded quantum repeater
我们研究了量子中继器的秘密密钥速率，使用编码[L。Jiang等人，A 79，032325（2009）]，并将它们与Briegel、Dür、Cirac和Zoller的标准中继器方案进行比较。前一种方案具有经典通信消耗最小的优点。我们分析了通信时间和所需资源之间的秘密密钥速率的权衡。为此，我们引入了一个使用编码的中继器的误差模型，该模型允许输入贝尔态的保真度小于1，与[L. Jiang等人，A 79，032325（2009）]。我们表明，可以纠正额外的错误，在编码连接过程中的中继器，并制定一个合适的解码算法。此外，我们推导出使用编码的量子中继器产生纠缠对的速率，并给出了建立非零密钥的最小参数（门质量和初始保真度）。我们发现，通用的量子中继器是最佳的每内存每秒的密钥速率，并表明，使用简单的三量子比特重复码的编码量子中继器甚至可以有一个优势，相对于其他最近的量子中继器方案与编码的资源。
2014-01-27 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
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
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
Two dimensional quantum repeaters
开发量子网络的努力引起了一个快速发展的领域，其应用范围广泛，如安全通信和分布式计算任务的实现。这最终要求创建灵活的多用户结构，允许网络中任意对方之间的量子通信，并促进多用户应用。为了解决这一挑战，我们提出了一种2D量子中继器架构，以在存在信道噪声和不完美的本地控制操作的情况下，在多个通信伙伴之间建立共享的长距离纠缠。该方案是基于在越来越大的规模上创建自相似多量子比特纠缠结构，其中纠缠交换和多方纠缠纯化的变体相结合，以创建高保真纠缠态。我们展示了如何使用腔中的捕获离子来实现这样的网络。
2016-11-25 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
Quantum repeaters: From quantum networks to the quantum internet
本文综述量子中继器的概念框架、架构与实验进展，旨在克服量子信道损耗噪声，突破点对点通信速率限制，推动量子互联网的实现。
2023-07-19 quant-ph
Repeater-Based Quantum Communication Protocol: Maximizing Teleportation Fidelity with Minimal Entanglement
该研究针对基于中继器的量子通信，提出一种新协议，在特定噪声态下以更少纠缠实现与标准协议相同的隐形传态保真度，提升量子资源利用效率。
2025-04-01 quant-ph
Experimental demonstration of memory-enhanced scaling for entanglement connection of quantum repeater segments
量子中继协议是实现长距离量子通信和大规模量子网络的有效途径。量子中继器协议的一个关键思想是使用长寿命的量子存储器来实现不同中继器段之间的高效纠缠连接。在这里，我们报告了一个实验，实现了有效的连接的两个量子中继段通过按需纠缠交换使用两个原子量子存储器的存储时间为几十毫秒。随着存储器的增强，成功的纠缠连接的速率证明了标度变化的加速。实验实现了两个量子中继器段的纠缠连接，并具有有效的存储增强缩放功能，这证明了量子中继器协议的一个关键优势，这是未来大规模量子网络的基石。
2022-01-28 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
Simple efficient decoders for quantum key distribution over quantum repeaters with encoding
研究了量子中继器上量子密钥分发系统的实现。我们特别考虑量子中继器与编码和比较它们与概率量子中继器。为此，我们提出了两种编码中继器的解码器结构，不仅提高了系统性能，而且通过从QKD解码器中删除两个量子比特门，使实现方面更容易。通过开发几个可扩展的数值和分析技术，然后，我们确定的弹性设置的各种来源的错误门，测量模块，和初始化的设置。我们将我们的技术应用于三个和五个量子比特的重复码，并获得编码和概率量子中继器的归一化密钥生成速率每秒每内存。我们量化了操作的制度，其中一类中继器优于其他中继器，并发现有可行的操作制度，编码中继器-基于简单的三量子比特重复码-可以提供实际的优势。
2021-04-15 quant-ph
Distributing entanglement in first generation discrete and continuous variable quantum repeaters
量子中继器用于克服量子态在长距离传输时获得的指数光子损失缩放。虽然用于量子信息的离散变量编码的中继器已经存在了一段时间，但是用于连续变量编码量子中继器的新方法直到最近才被提出。在这项工作中，我们提出了一种方法，使用离散变量中继器协议来分配连续变量状态，并利用它来比较第一代连续和离散变量量子中继器之间的连续变量纠缠分配率。这样的比较使我们能够开始对这两种截然不同的方法进行基准测试。
2022-08-05 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
Exact rate analysis for quantum repeaters with imperfect memories and entanglement swapping as soon as possible
我们提出了一个精确的速率分析的秘密密钥，可以在两方之间共享采用线性量子中继链。我们的主要动机之一是解决这样一个问题，即简单地将量子存储器沿着量子通信信道放置在现实环境中是否有益。底层模型假设单自旋量子存储器的确定性纠缠交换，并且它排除了概率纠缠蒸馏，从而排除了更高嵌套级别上的双向经典通信。在这个框架内，我们确定了任何最佳中继器方案的基本属性：并行纠缠分发，纠缠交换尽快和并行量子存储尽可能少。虽然这些特征对于具有一个中间站的最简单的中继器是明显的或微不足道的，但是对于更多的站，它们不能总是被组合。我们提出了一个最优方案，包括信道损失和记忆移相，证明了它的最优性的情况下，两个站和演示它的一般情况。在一个更现实的设置中，我们考虑了额外的工具和参数，如内存截止，多路复用，初始状态和交换门的性能，以及有限链路耦合效率，以便识别超出一个中间站的存储器辅助的量子密钥分发中的超过最小量子中继器的速率的潜在机制以及在所有中间站中可获得的那些机制。不受固定记忆量子比特和双向经典通信辅助的光学方案。
2022-03-19 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
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
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
Supporting multiple entanglement flows through a continuous-variable quantum repeater
量子中继器对量子网络的发展至关重要，它使纠缠分发的速率超过了直接传输所能达到的速率。我们考虑多个连续变量，压缩光为基础的纠缠流通过中继器，涉及无噪声线性放大和双零差检测。通过分析一个单中继器增强的信道模型与跨中继器的非对称损耗，我们确定了最佳的位置，在一个4用户的轴辐式网络的中央中继器集线器，使通过集线器的每个纠缠流的速率增强。
2022-10-13 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
Practical Quantum Repeaters with Parametric Down-Conversion Sources
传统观点认为，现实的量子中继器将需要纠缠光子对的准确定性来源。相比之下，我们在这里研究的量子中继器架构，使用简单的参数下变频源，以及频率复用多模量子存储器和光子数分辨探测器。我们表明，与直接传输相比，这种方法可以显着延长量子通信距离。这表明量子中继器架构的不同组件之间可能存在重要的权衡。
2015-05-13 quant-ph
Efficient quantum repeater in perspectives of both entanglement concentration rate and LOCC complexity
量子纠缠是许多重要的量子信息处理任务不可或缺的资源。但是，由于量子信道中的噪声，在实际中很难在长距离上分布量子纠缠。量子中继器是解决这一挑战的一个方案，它可以延长纠缠分发的距离。在该方案中，经典通信和本地操作的时间消耗在时间效率方面占有重要地位。基于这一观察，我们不仅从最佳纠缠集中率的角度，而且从局域操作和经典通信的复杂性的角度，利用基本的量子中继器方案。首先，我们考虑了两个双量子比特纯态的情况。我们构造了一个具有最优纠缠集中率和较少的本地操作和经典通信消耗的协议。我们还找到了一个标准的投影测量，以达到最佳的概率。其次，我们利用的情况下，两个一般的纯态的准备和一般的测量被认为是。我们得到了一个成功的测量操作产生一个最大纠缠态的概率的上限，而无需任何进一步的本地操作。
2017-10-08 quant-ph
Near-term performance of quantum repeaters with imperfect ensemble-based quantum memories
我们研究了几个量子中继协议与光子（单光子和光子对）源和基于原子系综的量子存储器的有意义的原理证明的可行性。我们考虑到非单位内存效率随时间呈指数衰减，这使得计算中继率变得复杂。我们讨论的实现基于量子点，参数下转换，稀土离子掺杂晶体，和里德伯原子。我们的研究结果为长距离量子中继器演示的近期实施提供了指导，这表明这种演示在当前技术的范围内。
2019-12-03 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
