具有不完美存储器且尽可能早进行纠缠交换的量子中继器的精确速率分析

我们给出利用线性量子中继器链可在两方间共享的秘密密钥的精确速率分析。我们的主要动机之一是解决如下疑问：在现实设定中，仅沿量子通信信道布置量子存储器是否可能有益。底层模型假设单自旋量子存储器的确定性纠缠交换，并排除在更高嵌套层级上的概率纠缠蒸馏及因此产生的双向经典通信。在此框架内，我们辨识出任意最优中继方案的本质属性：并行纠缠分发、尽可能早的纠缠交换，以及尽可能少的并行量子存储。尽管这些特征对于带一个中间站的最简单中继器是显然或平凡的，对于更多站而言它们并非总能兼顾。我们提出一种包含信道损耗与存储器退相位的最优方案，证明其对于两站情形的最优性，并猜想其对于一般情形成立。在更现实的设定中，我们考虑额外工具与参数，如存储器截断、复用、初态与交换门保真度，以及有限链路耦合效率，以辨识出超越一个中间站的存储器辅助量子密钥分发中潜在优于最小量子中继器及无稳态存储器量子比特与双向经典通信辅助的全光方案的速率区间。