論文の概要: High-Rate and Resource-Efficient All-Photonic Quantum Repeater Architectures with 9 km Repeater Spacing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.25314v1
• Date: Wed, 24 Jun 2026 02:26:48 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-25 17:05:30.191224
• Title: High-Rate and Resource-Efficient All-Photonic Quantum Repeater Architectures with 9 km Repeater Spacing
• Title（参考訳）: 9kmリピータ間隔を有する高レートかつ資源効率全フォトニック量子リピータアーキテクチャ
• Abstract要約: 2つの遠いパーティ間の量子通信は、将来の量子インターネットの基盤となるだろう。 等価リピータ間隔9kmで1000km以上の量子通信が可能な全フォトニック量子リピータアーキテクチャを提案する。 これらの不完全性が存在する場合、我々の実現にはプロトコル当たりの中継局当たり数千GKPキュービットしか必要としない。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.1498833540989413
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum communication between two distant parties will serve as a cornerstone of the future quantum internet. However, generating enough entangled Bell pairs over long distances is a critical bottleneck. Although photons are ideal carriers of quantum information, overcoming photon loss and the exponential attenuation of signals remains a major challenge. We propose an all-photonic quantum repeater architecture that enables quantum communication over 1,000 km with an equidistant repeater spacing of 9 km. This repeater spacing is enabled by elementary entangled Bell pairs protected through the concatenation of continuous-variable and discrete-variable quantum error correction codes, namely, the bosonic Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP) code and the [[7,1,3]] Steane code, whose combination yields a synergistic improvement in robustness against photon loss. This architecture incorporates a new ranking criterion and a multi-reflection mirror-based optical cavity as a free-space photonic memory module, which we model in terms of its length and mirror-reflection efficiency. Additionally, we propose two heuristic construction methods for the elementary entangled Bell pairs. One method introduces up to two-qubit correlated errors within each logical qubit but requires a large number of GKP qubits, while the other allows up to three-qubit correlated errors within each logical qubit but requires fewer GKP qubits. To more accurately capture realistic physical conditions during photonic resource preparation, we include switching-induced imperfections in our simulations, in addition to other standard optical imperfections. In the presence of these imperfections, our realization requires only a few thousand GKP qubits per repeater station per protocol run, a resource requirement significantly smaller than the corresponding resource requirements of prior third-generation all-photonic repeater proposals.
• Abstract（参考訳）: 2つの遠いパーティ間の量子通信は、将来の量子インターネットの基盤となるだろう。 しかし、遠距離で十分な絡み合ったベルペアを生成することは重要なボトルネックである。 光子は量子情報の理想的なキャリアであるが、光子の損失を克服し、信号の指数的な減衰は依然として大きな課題である。 等価リピータ間隔9kmで1000km以上の量子通信が可能な全フォトニック量子リピータアーキテクチャを提案する。 このリピータ間隔は、連続変数と離散変数の量子誤り訂正符号、すなわちボソニックなゴテスマン・キタエフ・プレスキル(GKP)符号と[7,1,3]ステアン符号の結合によって保護される基本絡み合ったベルペアによって実現される。 このアーキテクチャは、新しいランク付け基準と、その長さとミラー反射効率をモデル化した自由空間フォトニックメモリモジュールとして、マルチリフレクションミラーベースの光空洞を組み込んでいる。 さらに,基本絡み合うベル対に対する2つのヒューリスティックな構成法を提案する。 1つの方法は、各論理量子ビット内で最大2量子相関誤差を導入するが、多数のGKP量子ビットを必要とする一方、もう1つの方法は、各論理量子ビット内で最大3量子相関誤差を許容するが、より少ないGKP量子ビットを必要とする。 フォトニックリソース作成時のリアルな物理的条件をより正確に把握するために、他の標準的な光学的欠陥に加えて、スイッチング誘起の欠陥もシミュレーションに含めている。 これらの不完全性が存在する場合、我々の実現には、プロトコル実行毎に数千GKPキュービットしか必要とせず、リソース要求は、以前の第3世代全フォトニックリピータ提案の対応するリソース要求よりも大幅に小さい。

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