高效速率与资源节约型全光子量子中继架构,中继间距9公里
两个远距离方之间的量子通信将成为未来量子互联网的基石。然而,在远距离上生成足够的纠缠贝尔对是一个关键瓶颈。尽管光子是量子信息的理想载体,但克服光子损失和信号的指数衰减仍是一项重大挑战。该团队提出了一种全光子量子中继器架构,能够以9公里的等距中继间距实现超过1000公里的量子通信。这一中继间距是通过级联连续变量和离散变量量子纠错码——即玻色子Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP)码与[[7,1,3]] Steane码——保护的初等纠缠贝尔对实现的,两者结合在抗光子损失方面的鲁棒性产生了协同提升。该架构包含一个新的排名准则和一个基于多反射镜光学腔的自由空间光子存储模块,该团队根据其长度和镜面反射效率对其进行建模。此外,该团队提出了两种初等纠缠贝尔对的启发式构造方法。一种方法在每个逻辑量子比特内引入最多双量子比特的相关错误,但需要大量的GKP量子比特;另一种方法则允许在每个逻辑量子比特内最多三量子比特的相关错误,但所需的GKP量子比特较少。为更准确地捕捉光子资源制备过程中的实际物理条件,该团队在仿真中除了包含其他标准光学不完美性外,还加入了开关引起的缺陷。在存在这些缺陷的情况下,该团队的实现方案每次协议运行每个中继站仅需几千个GKP量子比特,这一资源需求显著少于先前第三代全光子中继器方案对应的资源需求。
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