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量子物理

arXiv:2504.05567 (quant-ph)
[提交于 2025年4月7日 (v1) ,最后修订 2025年4月11日 (此版本, v2)]

标题: 低延迟量子网络中可扩展的兆赫兹速率纠缠分发,用于连接异构量子处理器

标题: Scalable MHz-Rate Entanglement Distribution in Low-Latency Quantum Networks Interconnecting Heterogeneous Quantum Processors

Authors:Jiapeng Zhao, Yang Xu, Xiyuan Lu, Eneet Kaur, Michael Kilzer, Ramana Kompella, Robert W. Boyd, Reza Nejabati
摘要: 实用的分布式量子计算和纠错需要在异构量子信息处理器之间具有高量子比特率、高保真度和低重新配置延迟的量子网络。 不幸的是,在具有同构量子处理器的量子网络中,单通道的理论纠缠分发速率仅限于100千赫兹级别,且具有毫秒级的重新配置延迟,这对于纠错的分布式量子计算来说是不够的。 在此,我们通过引入可重构量子接口的概念,提出了一种量子网络架构。 在我们的协议中,通过调整光子量子比特的频率和时间模式以匹配密集波分复用(DWDM)信道,实现了4.5兆赫兹的贝尔对分发速率,理论上可以达到超过40兆赫兹的贝尔对速率。 通过使用可重构量子接口和波长选择开关,可以实现具有低损耗、低失真和高维开关的纳秒级网络重新配置延迟。 据我们所知,我们的架构是第一个实际解决方案,可以在异构量子节点之间以满足大多数分布式量子电路和纠错要求的速率和延迟进行纠缠分发。 所提出的架构与行业标准的DWDM基础设施兼容,为分布式量子计算提供了一种可扩展且成本效益高的解决方案。
摘要: Practical distributed quantum computing and error correction require high-qubit-rate, high-fidelity, and low-reconfiguration-latency quantum networks between heterogeneous quantum information processors. Unfortunately, in a quantum network with homogeneous quantum processors, the theoretical entanglement distribution rate for a single channel is limited to the 100-kHz level with a millisecond-level reconfiguration latency, which is not sufficient for error-corrected distributed quantum computing. Here, we propose a quantum network architecture by introducing the concept of a reconfigurable quantum interface. In our protocol, through tuning the frequency and temporal mode of the photonic qubits to dense wavelength division multiplexing (DWDM) channels, a 4.5 MHz Bell pair distribution rate, with a potential of more than 40 MHz Bell pair rate, is achieved. Through the use of reconfigurable quantum interfaces and wavelength-selective switches, a nanosecond network reconfiguration latency can be demonstrated with low-loss, low-infidelity and high-dimensional switches. To the best of our knowledge, our architecture is the first practical solution that can accommodate the entanglement distribution between heterogeneous quantum nodes with a rate and latency that satisfy most distributed quantum circuits and error correction requirements. The proposed architecture is compatible with the industry-standard DWDM infrastructure, offering a scalable and cost-effective solution for distributed quantum computing.
主题: 量子物理 (quant-ph) ; 光学 (physics.optics)
引用方式: arXiv:2504.05567 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2504.05567v2 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2504.05567
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Jiapeng Zhao [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 4 月 7 日 23:47:49 UTC (3,794 KB)
[v2] 星期五, 2025 年 4 月 11 日 22:18:15 UTC (4,390 KB)
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