基于混合信道量子中继器的气球链路全球尺度量子网络

全球尺度的纠缠分发一直是由于通信信道不可避免损耗而面临巨大挑战。本文提出了一种基于气球式空中中继器构建的新型主干信道，用于量子网络。我们首次演示，通过优化光束焦点位置并采用一系列自适应光学系统，可几乎消除气球信道中的大气扰动，将信道效率提升至-21 dB，覆盖10,000公里距离，相较于相同设备参数下的卫星中继器高出12 dB。随后，我们提出了一种基于混合信道量子中继器的全球尺度量子网络方案，该方案结合了地面量子中继器与气球式空中中继器。服务器通过气球链路进行全球互连，而客户端通过光纤连接至本地服务器，从而实现快速的客户切换和网络可扩展性。我们的仿真采用最新技术的Eu$^{3+}$:Y$_2$SiO$_5$量子存储器以及基于自发参数下转换的成熟纠缠源，显示在客户间相隔10,000公里时，纠缠分发速率可达亚赫兹级别。这一方法为未来几年内实现全球量子网络提供了实用的路径。