論文の概要: Memory-corrected quantum repeaters with adaptive syndrome identification
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.07258v1
- Date: Sun, 12 May 2024 11:46:10 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-14 17:30:59.188237
- Title: Memory-corrected quantum repeaters with adaptive syndrome identification
- Title（参考訳）: 適応型シンドローム同定を用いた記憶補正量子リピータ
- Authors: Alena Romanova, Peter van Loock,
- Abstract要約: チェック行列モデルを導入し、パウリ雑音に対して最大11キュービットの安定化符号のレジリエンスを定量化する。
5量子ビット符号とステアン符号は、実験的に関係のあるシステマティクスにおいてより複雑なより大きい符号より優れていることが判明した。
秘密鍵レートは4.85 Hzで、1.25 Hz と GHz クロックレートで 0.71 Hz の理想のツインフィールド量子鍵分布を提供する未符号化リピータに勝る。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We address the challenge of incorporating encoded quantum memories into an exact secret key rate analysis for small and intermediate-scale quantum repeaters. To this end, we introduce the check matrix model and quantify the resilience of stabilizer codes of up to eleven qubits against Pauli noise, obtaining analytical expressions for effective logical error probabilities. Generally, we find that the five-qubit and Steane codes either outperform more complex, larger codes in the experimentally relevant parameter regimes or have a lower resource overhead. Subsequently, we apply our results to calculate lower bounds on the asymptotic secret key rate in memory-corrected quantum repeaters when using the five-qubit or Steane codes on the memory qubits. The five-qubit code drastically increases the effective memory coherence time, reducing a phase flip probability of $1\%$ to $0.001\%$ when employing an error syndrome identification adapted to the quantum noise channel. Furthermore, it mitigates the impact of faulty Bell state measurements and imperfect state preparation, lowering the minimally required depolarization parameter for non-zero secret key rates in an eight-segment repeater from $98.4\%$ to $96.4\%$. As a result, the memory-corrected quantum repeater can often generate secret keys in experimental parameter regimes where the unencoded repeater fails to produce a secret key. In an eight-segment repeater, one can even achieve non-vanishing secret key rates up to distances of 2000 km for memory coherence times of $t_c = 10$ s or less using multiplexing. Assuming a zero-distance link-coupling efficiency $p_0 = 0.7$, a depolarization parameter $\mu = 0.99$, $t_c = 10$ s, and an 800 km total repeater length, we obtain a secret key rate of 4.85 Hz, beating both the unencoded repeater that provides 1.25 Hz and ideal twin-field quantum key distribution with 0.71 Hz at GHz clock rates.
- Abstract（参考訳）: 符号化された量子メモリを、小型・中規模量子リピータの秘密鍵レート分析に組み込むという課題に対処する。
この目的のために、チェック行列モデルを導入し、最大11キュービットの安定化符号のパウリ雑音に対するレジリエンスを定量化し、効率的な論理的誤差確率に関する解析式を得る。
一般に、5量子ビット符号とステアン符号は、実験的に関連するパラメータ規則においてより複雑で大きな符号より優れているか、リソースオーバーヘッドが低いかが分かる。
その後、メモリ量子ビット上の5量子ビットまたはステアン符号を使用する場合、メモリ補正量子リピータにおける漸近秘密鍵レートの低い境界を計算するために、本結果を適用した。
5量子ビット符号は、有効メモリコヒーレンス時間を劇的に増加させ、量子ノイズチャネルに適応したエラーシンドローム識別を使用する場合、位相フリップ確率を1\%$から0.001\%$に下げる。
さらに、不良ベル状態測定と不完全な状態準備の影響を軽減し、非ゼロシークレットキーレートの最小限の非偏極パラメータを9,8.4\%から9,6.4\%に下げる。
その結果、メモリ補正された量子リピータは、未符号化のリピータが秘密鍵を生成できない実験パラメータ方式で秘密鍵をしばしば生成できる。
8セグメントのリピータでは、メモリコヒーレンス時間$t_c = 10$ s以下の距離まで、多重化を使って、非消滅秘密鍵レートを2000kmまで達成することができる。
ゼロ距離リンク結合効率$p_0 = 0.7$, 脱分極パラメータ$\mu = 0.99$, $t_c = 10$ s, 800 kmの総リピータ長を仮定すると、秘密鍵レートは4.85Hzとなり、1.25Hzの未符号化リピータと1.71Hzの理想的ツインフィールド量子鍵分布の両方をGHzクロックレートで打ち破る。
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