使用玻色量子纠错码的全光量子存储器

可靠的量子存储器是实现可扩展量子网络和容错光子量子计算的关键要素。该研究团队提出了一种全光学量子存储器架构的定量分析方案,该架构将Gottesman-Kitaev-Preskill(GKP)编码量子比特存储在光纤环路中,并利用基于量子隐形传态的纠错技术进行周期性稳定化处理。通过将光纤传输建模为纯损耗通道,并将每次纠错过程表示为作用于布洛赫矢量的有效逻辑映射,研究人员获得了该多轮次存储通道的紧凑描述模型。 研究表明,在实验相关的有限压缩态区域,症候解码器优化起着决定性作用。优化后的解码器在网格尺寸和形状上都与标准方形格点GKP解码器存在差异,从而显著提升了逻辑性能。利用这种优化解码策略,该团队发现了与压缩度相关的最佳纠错节点间距,可使存储寿命达到最大化。值得注意的是,这种最优区段长度基本与目标存储时间无关,为光纤环路量子存储器提供了简洁实用的设计准则。 进一步研究发现存在约6.7分贝的压缩度阈值:低于该阈值时,中间纠错反而会降低性能;而超过阈值后,可实现存储时间随压缩度呈近似指数增长。例如在17分贝压缩度下,能实现超过400毫秒的存储时间且逻辑保真度损失低于1%。这些结果确立了明确的性能基准,揭示了连续变量架构中光子损耗、压缩度与纠错频率之间的基本权衡关系。该工作提出的研究成果为近期光子量子存储器提供了可操作的设计原则,并阐明了通向可扩展全光学容错量子存储的技术路径。
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提交arXiv: 2026-03-23 09:07

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