Удаленное квантовое запутывание может обеспечить многочисленные приложения, включая распределенные квантовые вычисления, безопасную связь и точное зондирование. Мы рассматриваем, как квантовая сеть — узлы, оснащенные ограниченными возможностями квантовой обработки, соединенными через оптические каналы с потерями, — может распределять высокоскоростную запутанность одновременно между несколькими парами пользователей. Маршрутизация запутанности в квантовом интернете предмет нашего исследования.

Квантовые «ретрансляторные» узлы

Мы разрабатываем протоколы для таких квантовых «ретрансляторных» узлов, которые позволяют паре пользователей достигать значительного увеличения скорости запутывания по сравнению с использованием линейной цепочки квантовых ретрансляторов, используя разнообразие множественных путей в сети. Кроме того, мы разрабатываем протоколы ретрансляторов, которые позволяют нескольким парам пользователей одновременно генерировать запутывание со скоростями, которые могут намного превышать то, что возможно при совместном использовании времени повторителей между отдельными потоками запутывания. Наши результаты показывают, что ранняя стадия развития квантовой памяти с коротким временем когерентности и реализация вероятностных измерений в состоянии Белла могут оказать гораздо более глубокое влияние на квантовые сети, чем это может быть, очевидно, из анализа цепей линейных повторителей. Эта структура должна стимулировать развитие общей квантовой теории сетей, объединяющей физику квантовой памяти, квантовую теорию информации, квантовую коррекцию ошибок и теорию компьютерных сетей.

Квантовая информация

Квантовая сеть может генерировать, распространять и обрабатывать квантовую информацию в дополнение к классическим данным. Самая важная функция квантовой сети интернета — генерировать квантовую запутанность на больших расстояниях, которая выполняет ряд задач, включая генерацию многопартийных общих секретов, безопасность которого зависит только от законов физики, распределенных квантовых вычислений, улучшенного зондирования, слепых квантовых вычислений (квантовых вычислений на зашифрованных данных), и защищенных аукционов частных заявок. Недавние эксперименты продемонстрировали запутанные связи, а именно, запутанность, установленную между квантовыми запоминающими устройствами, разделенными несколькими километрами, с использованием оптической линии связи точка-точка, запутывания и более дальнего радиуса действия со спутниками. Дальнейшие краткосрочные демонстрации большой дальности ожидается земное запутывание. Квантовая обработка в узле квантовой сети в ближайшей или среднесрочной перспективе, вероятно, будет ограничена BSM, которые являются вероятностными из-за потерь в оптическом волокне и врожденных ограничений аппаратных средств квантовой обработки. Мы разрабатываем и анализируем протоколы маршрутизации для генерации запутывания одновременно между несколькими парами пользователей в квантовой сети.