基于相邻中继站间制备纠缠资源的高效量子中继器方案苏梦远，朱孟正（淮北师范大学物理与电子信息学院，安徽淮北２３５０００）［摘要］利用相干态通信制备高保真贝尔对，呈现了一个实现长距离量子通信系统的中继器方案。该方案的主要装置由线性光学器件和基于弱的非线性的奇偶校验门构成。方案的优点是仅用单光子作为制备纠缠对的资源，便可以在两个相邻的中继站点间直接产生保真度接近于１的贝尔纠缠对。与将贝尔对分布到两个相邻的站点相比，该方案避免了纠缠分布过程中最大纠缠ＥＰＲ对的退相干效应。［关键词］量子中继器；量子通信；量子纠缠；量子纯化［中图分类号］Ｏ４３１．２；Ｏ４１３．２［文献标志码］Ａ［文章编号］２０９５－７６０２（２０２３）０２－００３５－０５０引言量子通信是一种利用量子叠加态和纠缠效应传输信息的新通信方法，基于量子力学的不确定性、测量塌缩和不可克隆三种原理，提供了不可窃听和计算的绝对安全保证，它主要分为量子隐形传态［１］和量子密钥分配［２］。光量子通信主要基于量子纠缠态理论，利用量子隐形传态来实现信息传输。量子通信系统使用最大纠缠光子对作为量子信道，量子中继器是实现中继功能的转换器，量子信号的传输距离由中继级数决定。量子中继器有两个功能：一是通过补充量子信号的能量来实现量子信号的稳定传输；二是确保量子信号所携带的量子位在补充量子信号的能量时不发生变化。在长距离经典通信网络中，通信也以中继器的形式实现，中继器的一般工作形式是对受损信号进行重新放大，信号强度由弱变为强，从而再现原始信号，但这种操作不能用于量子通信。如果一个量子位元被编码，那么它就不能在量子信道中被复制［３］，并且只能在有损信道中一直被传输。目前量子通信的实现，特别是量子密钥分配，大约受到２００ｋｍ的限制，量子中继器在量子通信中就显得尤为重要，量子中继器为长距离量子通信提供了可能。研究者们已提出量子中继器方案［４－８］，其中，ＶＡＮＬＯＯＣＫ等［５－６］提出利用相干光通信的量子中继器。完美的贝尔对可以实现高质量量子计算和量子通信，但完美的通信系统并不存在。所以必须关注量子态的保真度，保真度被定义为对量子位的完美测量所达到期望对的概率。由于信道中的噪声不可避免，因此会面临着贝尔对的保真度降低、通信质量变差的问题。纠缠资源的保真度是影响通信质量的关键，在远程通信双方建立高保真的贝尔对作为量子信道就显得尤为重要。［收稿日...
