基于网格态编码的门控微波量子中继器

在自主量子纠错中，逻辑玻色子 qubit 的寿命可在无反馈测量的情况下超越其物理构件。利用自主纠错，我们提出了第二代基于门的微波量子中继器(GBMQR)，采用编码玻色子网格态。每个中继站包含一个 transmon 和两个玻色子共振器：一个共振器作为利用自主纠错的 stationary 量子存储器，另一个作为信息总线用于纠缠生成。通过成功吸收微波光子波包，依次生成纠缠。该方法实现了确定性纠缠生成，不同于基于平衡 beamsplitter 两种 heralding 信号概率混合的做法。此外，我们的 GBMQR 采用全玻bose 纠缠交换 Bell态测量。该做法通过玻bose 受控-Z 门和两个独立的 X 基投影式 homodyne 测量实现，对存储的 codewords 进行测量。我们的做法规避了将 heralding 模态在 beamsplitter 中路由和干涉导致的模式不匹配损失，将损耗限制在 stationary 存储中。我们通过计算在真实实验环境下的密钥率来评估所提出的量子中继器性能。此外，我们明确演示当 stationary 阻尼率为 $\kappa^{-1}_{\text{damp}}=$ 约 $\SI{40}{\milli\second}$ 时，GBMQR 能实现约 $0.75$ 和 $0.58$ 的纠缠生成和交换成功概率，超过基于理想线性 beamsplitter 的 Bell态测量所设定的 $1/2$ 标志性成功概率。该设备可使用当前可用的超导微波技术实现，适用于安全的芯片到芯片通信和分布式量子计算。