基于静态线性光学的超快容错长距离量子通信

我们对文献 [arXiv:1503.06777] 中提出的全光贝尔测量和超快长距离量子通信方案的抗误差能力与优化进行了深入分析。为将我们之前的方案从容损提升至容错，我们引入了一种通用且紧凑的形式化方法，该方法也可应用于其他相关方案（包括非全光方案，如 [PRL 112, 250501]）。借助这一新的表示方法，我们证明我们的通信协议不仅能抵消信道传输中不可避免的光子损失，还能抵抗常见的实验误差，如泡利型误差（比特翻转和相位翻转）以及探测器非理想性（损耗和暗计数）。此外，我们证明在光子量子比特的物理层面上，选择效率有限的标准线性光学贝尔测量对我们的设置而言是最优的，因为除了在态制备中的潜在用途外，更先进的贝尔测量仅能带来微小的资源消耗减少。我们设计了两种态生成方案，可在每个站点（准）按需提供所需的辅助编码贝尔态。这些方案分别基于非线性光学或结合复用技术的线性光学，其资源开销随每个编码量子比特的光子数分别呈线性或低于二次方的增长。最后，我们证明使用开关探测器而非光子数分辨探测器来运行我们的通信方案是可行的。