量子网络中的多体纠缠与密钥分发

在量子网络上分发和提纯纠缠是量子互联网应用的一项基本任务。一个基本问题由此是确定给定网络上纠缠分发的终极性能。尽管该问题在双体纠缠分发场景中已被广泛探讨,人们对多体纠缠分发却知之甚少。在此我们确立了在量子网络上以GHZ态形式分发多体纠缠的基本极限。特别地,我们确定了量子网络的多体纠缠分发容量,其中节点通过有损玻色量子信道相连。该设置对应于由光学链路构成的实用量子网络。该结果也适用于在全量子网络和基于可信节点的量子密钥分发网络中分发称为公共密钥的多体密钥。我们的结果为设计网络拓扑与网络量子中继器(或可信节点中的密钥中继),以在全量子和基于可信节点的网络中实现高效的GHZ态/公共密钥分发设定了通用基准。我们展示了一个通过引入网络量子中继器克服该极限的示例。我们的结果源于此处引入的可提纯GHZ纠缠的上界,称为“递归切割与合并”界,它构成了多体纠缠理论中一个长期基本问题的重大进展。该界可用于确定由双体纯态乘积构成的一类态的可提纯GHZ纠缠。