基于模拟信息辅助复用纠缠排序的全光 GKP 量子比特中继器

远距离量子通信将需要使用量子中继器以克服信号随距离的指数的衰减。此类中继器中的一类利用量子纠错来克服通信信道中的损耗。在此我们提出一种在具有复用的双向中继器架构中使用玻色子 Gottesman-Kitaev-Preskill（GKP）码的新策略。我们所利用的 GKP 码的关键特性是，GKP 量子比特易于实现确定性的双量子比特门，从而允许复用而无需像先前基于离散变量码的全光架构那样生成大型簇态。此外，免除此类团簇的需求意味着我们不再局限于从单次协议运行中最多提取一对端到端纠缠对。事实上，得益于 GKP 量子比特测量过程中产生的可用模拟信息，我们可以设计更优的纠缠交换流程，依据估计质量连接链路。这使我们能利用所有复用链路，从而单次协议运行中的大量链路均可贡献于端到端纠缠的生成。我们发现该架构可实现高速率端到端纠缠生成，并对 GKP 态制备中有限压缩和零差探测低效所带来的缺陷具有韧性。特别地，我们表明即便 GKP 压缩低于 13 dB，超过 1000 km 的远距离量子通信仍有可能。我们还量化了实现该方案所需的 GKP 量子比特数，发现对于良好的硬件参数，每中继器每次协议运行约需 $10^3-10^4$ 个 GKP 量子比特。