[发明专利]量子中继器以及用于创建扩展纠缠的系统和方法

权利要求书

1.一种量子中继器(100；210)，其能通过局部链接光学通道(62，63)光学耦合到左邻节点和右邻节点；所述中继器包括：

量子物理硬件(60)，其提供分别被布置成通过在所述局部链接通道(62，63)上传输的光场支持左侧qubit和右侧qubit分别与在所述左邻节点和所述右邻节点中的qubit的纠缠的左侧中继器部分和右侧中继器部分(L，R)，从而形成在本文称为“LLE”的各自的局部链接纠缠；所述量子物理硬件(60)能够用于通过对左侧qubit和右侧qubit局部地操作来合并分别涉及这些qubit的两个纠缠；

左LLE控制单元和右LLE控制单元(72，73)，其用于控制所述量子物理硬件(60)与所述左邻节点和所述右邻节点协作来实施左LLE和右LLE的创建；以及

顶级控制装置(77)，其响应于由所述中继器(100；210)接收到来自所述左邻节点的触发(99)而用于使得在左侧qubit和右侧qubit至少被预期分别向左和向右纠缠时能够发起分别涉及这些qubit的纠缠的合并，所述顶级控制装置(77)还用于将所述触发传递到所述右邻节点，而不等待将被实施的纠缠的所述合并。

2.如权利要求1所述的量子中继器(100)，其中，所述量子物理硬件(60)提供以下各项中的至少一个：多个左侧qubit和多个右侧qubit；所述顶级控制装置(77)，其被布置用于发起关于已知或预期要纠缠的左侧qubit和右侧qubit的纠缠的所述合并。

3.如权利要求1所述的量子中继器(100；210)，其中，所述左侧中继器部分(L)和所述右侧中继器部分(R)在形式上是互补的；这些中继器部分(L，R)中的一个用于产生光场，使其穿过其qubit，然后通过局部链接通道将所述光场发送出；以及所述中继器部分(L，R)的另一个用于通过局部链接通道接收光场，使其穿过其qubit，然后测量所述光场。

4.如权利要求1所述的量子中继器(100；210)，其中，

所述左侧中继器部分和所述右侧中继器部分(L，R)的一个包括多个燧发枪手Q块(93)，每个燧发枪手Q块(93)被布置用于支持燧发枪手qubit，并使光场穿过该qubit，以及用于将已穿过燧发枪手qubit的光场顺序地耦合到相应的局部链接通道(63)的光纤(61)；所述LLE控制单元(73)的相应的一个被布置用于控制该中继器部分以使各自的光场协调地穿过所述燧发枪手qubit，从而在所述局部链接通道(63)上产生紧密间隔的光场的外发的串(228)；以及

所述左侧中继器部分和所述右侧中继器部分(R，L)的另一个包括目标Q块(94)，其被布置成支持目标qubit并测量穿过该qubit的光场从而确定所述目标qubit是否被成功地纠缠，以及光纤(61)，用于耦合相应的局部链接通道(62)与所述目标Q块(94)以使通过所述局部链接通道(62)从邻节点接收的光场的进入串(228)的光场能够穿过所述目标qubit并且被测量；所述LLE控制单元(72)的相应一个被布置用于控制该中继器部分来允许所述串(228)的第一光场穿过并且可能与所述目标qubit交互，并且之后，仅在所述目标Q块(94)指示在先的光场没有成功地纠缠所述目标qubit时，允许下一光场穿过并可能与所述目标qubit交互，该LLE控制单元响应于所述目标Q块(94)指示所述目标qubit已经被成功地纠缠，向产生所述串的所述邻节点传递识别成功地纠缠所述目标qubit的所述串的所述光场的信息，由此允许与所述目标qubit纠缠的所述燧发枪手qubit的识别。

5.如权利要求4所述的量子中继器(100；210)，其中，燧发枪手Q块的数量f满足下列不等式：

Ps_uccess≤1-(1-s)^f

其中，

s是对于预定的操作环境，用单个光场成功地创建纠缠的概率；以及

P_success是使用单个光场串使所述目标qubit成功地纠缠的期望概率，P_success被选择为至少99％。

6.如权利要求4所述的量子中继器(100；210)，其中，在所述进入光串(228)之前是用作所述触发的先驱信号(99)，所述另一个中继器部分(R，L)被布置用于接收所述先驱并将其接收传递到所述顶级控制装置(77)。