基于 Gottesman-Kitaev-Preskill 量子比特的全光子量子网络量子交换机

Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP) 码在理论上对于高斯热损耗光信道上的量子通信接近最优，因此可能是未来先进量子网络的首选编码方案。基于 GKP 编码光的量子中继器已被证明，尽管在 GKP 码制备中存在现实的有限压缩以及零差探测效率低下，仍能支持长距离的高端到端纠缠率。在此，我们介绍了一种用于基于 GKP 量子比特的量子网络的量子交换机，其架构涉及与客户端的多路复用 GKP 量子比特纠缠链路生成及其全光子存储，这一切均由 GKP 量子比特图态资源实现。对于通过纠缠交换在客户端之间分发双部分纠缠，该交换机使用了最近引入的基于纠缠排名的链路匹配协议启发式的多客户端推广。由于生成 GKP 量子比特图态资源需要密集的硬件投入，给定总资源预算和任意的客户端布局，我们解决了如何将这些资源最优分配给交换机服务的不同客户端对连接的问题，以在最大化交换机总吞吐量的同时，确保个体纠缠率的公平性。我们以一个示例数据中心网络说明了我们的结果，其中数据中心是交换机的一个客户端，而其所有其他客户端仅旨在连接到数据中心——这一场景也捕捉到了网关路由器将局域网连接到全球网络的一般情况。与兼容的量子中继器一起，我们的量子交换机提供了一种实现任意拓扑量子网络的方法。