使用具有散射区域的光纤链路进行量子通信的系统和方法与流程
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年2月19日提交的美国申请序列no.62/632,137的优先权权益，该申请的内容被本文所依赖并通过引用整体并入本文，如同在下文充分阐述的。
背景技术：
本公开涉及量子通信系统以及使用这些系统进行通信的方法。更具体地，本公开涉及包括具有散射区域的光纤链路的量子通信系统。
技术实现要素：
根据本公开的主题，一种量子通信系统包括多光子纠缠发生器、多个光子检测器单元和多个光纤链路。该多个光子检测器单元包括第一光子检测器单元和第二光子检测器单元。该多光子纠缠发生器在结构上被配置为输出多于两个纠缠光子。该多个光纤链路包括第一光纤链路，该第一光纤链路光学地耦合到该多光子纠缠发生器并且设置在该多光子纠缠发生器和该第一光子检测器单元之间。该多个光纤链路包括第二光纤链路，该第二光纤链路光学地耦合到该多光子纠缠发生器并且设置在该多光子纠缠发生器和该第二光子检测器单元之间。此外，该多个光纤链路中的至少一个具有芯、包层和散射区域，该散射区域具有多个散射结构。
根据本公开的一个实施例，一种量子通信系统包括第一光子检测器单元、第二检测器单元以及各自在该第一光子检测器单元和该第二光子检测器单元之间延伸的两个光子纠缠链。每一个光子纠缠链包括：第一端和第二端；第一端接量子存储器，位于该第一端处，以及第二端接量子存储器，位于该第二端处；起始多光子纠缠发生器、第一中间多光子纠缠发生器和第二中间多光子纠缠发生器；第一中间量子中继器，设置在该第一中间多光子纠缠发生器和该起始多光子纠缠发生器之间；以及第二中间量子中继器，设置在该第二中间多光子纠缠发生器和该起始多光子纠缠发生器之间。此外，每一个光子纠缠链包括：第一光纤链路，设置在该第一中间量子中继器和该第一中间多光子纠缠发生器之间并且光学地耦合到该第一中间量子中继器和该第一中间多光子纠缠发生器；第二光纤链路，设置在该第一中间量子中继器和该起始多光子纠缠发生器之间并且光学地耦合到该第一中间量子中继器和该起始多光子纠缠发生器；第三光纤链路，设置在该第二中间量子中继器和该第二中间多光子纠缠发生器之间并且光学地耦合到该第二中间量子中继器和该第二中间多光子纠缠发生器；第四光纤链路，设置在该第二中间量子中继器和该起始多光子纠缠发生器之间并且光学地耦合到该第二中间量子中继器和该起始多光子纠缠发生器；第五光纤链路，光学地耦合到该第一中间多光子纠缠发生器并且设置在该第一中间多光子纠缠发生器和该光子纠缠链的该第一端之间；以及第六光纤链路，光学地耦合到该第二中间多光子纠缠发生器并且设置在该第二中间多光子纠缠发生器和该光子纠缠链的该第二端之间。此外，该第一光纤链路、该第二光纤链路、该第三光纤链路、该第四光纤链路、该第五光纤链路和该第六光纤链路中的至少一个具有芯、包层和散射区域，该散射区域具有多个散射结构并且与该芯-包层界面径向地间隔开。
根据本公开的又另一个实施例，一种量子通信系统包括第一光子检测器单元、第二检测器单元以及各自在该第一光子检测器单元和该第二光子检测器单元之间延伸的两个光子纠缠链。每一个光子纠缠链包括：第一端和第二端；第一端接量子存储器，位于该第一端处，以及第二端接量子存储器，位于该第二端处；起始量子中继器、第一中间多光子纠缠发生器和第二中间多光子纠缠发生器，该第一中间多光子纠缠发生器设置在该起始量子中继器和该第一端接量子存储器之间，该第二中间多光子纠缠发生器设置在该起始量子中继器和该第二端接量子存储器之间。此外，该量子通信系统包括：第一光纤链路，设置在该起始量子中继器和该第一中间多光子纠缠发生器之间并且光学地耦合到该起始量子中继器和该第一中间多光子纠缠发生器；第二光纤链路，设置在该起始量子中继器和该第二中间多光子纠缠发生器之间并且光学地耦合到该起始量子中继器和该第二中间多光子纠缠发生器；第三光纤链路，光学地耦合到该第一中间多光子纠缠发生器并且设置在该第一中间多光子纠缠发生器和该光子纠缠链的该第一端之间；第四光纤链路，该第四光纤链路光学地耦合到该第二中间多光子纠缠发生器并且设置在该第二中间多光子纠缠发生器和该光子纠缠链的该第二端之间。此外，该第一光纤链路、该第二光纤链路、该第三光纤链路和该第四光纤链路中的至少一个包括芯、包层和散射区域，该散射区域具有多个散射结构并且与芯-包层界面径向地间隔开。
尽管本公开的概念在本文中主要参考量子密钥生成来描述，但是可以预期，这些概念将适用于任何量子信息通信。
附图说明
本公开的特定实施例的以下具体实施方式能够结合以下附图阅读时被最好地理解，在附图中相同的结构使用相同的附图标记来指示，而且在附图中：
图1示意性地描绘了根据本文所示出和所描述的实施例的包括多光子纠缠发生器、多个光子检测器和多个光纤链路的量子通信系统；
图2示意性地描绘了根据本文所示出和所描述的实施例的具有设置在光纤链路的包层中的散射区域的示例光纤链路；
图3示意性地描绘了根据本文所示出和所描述的实施例的具有设置在光纤链路的涂层中的散射区域的示例光纤链路；
图4示意性地描绘了根据本文所示出和所描述的实施例的具有两个参数下转换发生器的示例多光子纠缠发生器；
图5示意性地描绘了根据本文所示出和所描述的一个或多个实施例的包括起始(originating)多光子纠缠发生器的量子通信系统；以及
图6示意性地描绘了根据本文所示出和所描述的一个或多个实施例的包括起始量子中继器的另一个量子通信系统。
具体实施方式
现在将详细参考用于量子信息通信的实施例，例如，使用基于纠缠的量子通信过程的量子密钥生成或其他量子通信。特别地，本文描述了包括多个光子检测器单元、多光子纠缠发生器和多个光纤链路的量子通信系统。如本文中详细描述的，多光子纠缠发生器被配置为生成纠缠并共享量子状态的光子。虽然不旨在受理论限制，但是当在每一个光子检测器单元处接收到共享量子状态的纠缠光子时，该光子检测器单元可以使用能从该纠缠光子确定的量子信息来在每一个光子检测器单元处形成量子密钥或其他共享消息。多光子纠缠发生器被配置为生成多于两个纠缠光子，例如，两个或更多个纠缠光子对。因此，当纠缠光子被输出到该多个光纤链路中时，如果该多于两个纠缠光子中的一个纠缠光子被衰减，并且该多于两个纠缠光子中的另一个纠缠光子正朝向同一目的地(诸如光子检测器单元)传播，则剩余的纠缠光子可以被该目的地接收并且该衰减不会引起测量误差。
然而，当在本文所描述的量子通信系统中传播的纠缠光子例如，通过由于瑞利散射而散射出光纤链路的芯而衰减时，该衰减的光子可以例如被该光纤链路的涂层吸收。该吸收实际上是测量事件，从而将该测量的结果预示到与该衰减的光子纠缠的其他光子上。预示与该衰减的光子纠缠的光子会影响这些光子的偏振状态，并且可以在这些光子的实际测量(例如，在光子检测器单元处的测量)中引起误差，从而降低量子位率和系统的总体有效性。
本文所描述的实施例提出了克服这些衰减惩罚的系统和方法。特别地，本公开的系统通过在衰减的光子被吸收之前引起衰减后散射事件来减少阻止导致纠缠光子预示的不想要的衰减和吸收事件。虽然不旨在受理论限制，但该衰减后散射事件将衰减的光子与系统中剩余的光子解纠缠。该衰减后散射事件可以由设置在光纤链路中的散射区域引起，该散射区域位于从该光纤链路的芯-包层界面朝外径向地间隔开的位置处。
现在参考图1，示意性地描绘了包括多光子纠缠发生器15、第一光子检测器单元12、第二光子检测器单元14和多个光纤链路60的量子通信系统10。在图1所描绘的实施例中，多光子纠缠发生器15设置在第一光子检测器单元12和第二光子检测器单元14之间。例如，第一光子检测器单元12可以设置在量子通信系统10的第一端16处，并且第二光子检测器单元14可以设置在量子通信系统10的第二端18处。如图1所描绘的，第一端16可以与第二端18相对。然而，应当理解的是，构想了第一光子检测器单元12和第二光子检测器单元14的任何空间布置。
此外，该多个光纤链路60包括第一光纤链路60a和第二光纤链路60b。第一光纤链路60a光学地耦合到多光子纠缠发生器15并且设置在多光子纠缠发生器15和第一光子检测器单元12之间。第二光纤链路60b光学地耦合到多光子纠缠发生器15并且设置在多光子纠缠发生器15和第二光子检测器单元14之间。在一些实施例中，第一光子检测器单元12可以包括多光子检测器。在其他实施例中，第一光子检测器单元12可以包括单光子检测器，例如，超导纳米线单光子检测器、低噪声光电二极管等。在一些实施例中，第二光子检测器单元14可以包括多光子检测器。在其他实施例中，第二光子检测器单元14可以包括单光子检测器，例如，超导纳米线单光子检测器、低噪声光电二极管等。
仍然参考图1，多光子纠缠发生器15在结构上被配置为输出多于两个纠缠光子，例如，三个纠缠光子、四个纠缠光子或更多个。例如，多光子纠缠发生器15可以包括两个或更多个参数下转换发生器，每一个参数下转换发生器被配置为输出一个或多个纠缠光子对。该参数下转换发生器可以包括激光源和非线性晶体。在其他实施中，多光子纠缠发生器15'可以在结构上被配置为使用四波混合过程或生成多于两个纠缠光子的任何其他已知或尚待开发的方法或过程来生成光子纠缠对。此外，在一些实施例中，多光子纠缠发生器15在结构上被配置为同时输出两个或更多个纠缠光子。
在操作中，多光子纠缠发生器15可以将两个或更多个纠缠光子输出到每一个光纤链路60中，例如，第一纠缠光子对可以被输出到第一光纤链路60a中并且第二纠缠光子对可以被输出到第二光纤链路60b中。在其他实施例中，附加光纤链路60可以光学地耦合到多光子纠缠发生器15，使得该多光子纠缠发生器15可以将任意数量的纠缠光子输出到每一个光纤链路60中。作为说明性示例，当两个或更多个纠缠光子被输出到每一个光纤链路60中时，如果该两个或更多个纠缠光子中的一个纠缠光子在该两个或更多个纠缠光子横穿光纤链路60时衰减，则该两个或更多个纠缠光子中的该一个或更多个剩余纠缠光子可以由光学地耦合到该光纤链路的相对端的部件接收，该部件为诸如第一光子检测器单元12、第二光子检测器单元14、量子中继器(如下面关于图5-图7所描述的)、或配置用于量子通信的系统的任何其他已知或尚待开发的部件。
该多个光纤链路60提供量子通信系统10的各种部件之间的光学路径。光纤链路60可以包括单芯和/或多芯光纤链路60。如下文更详细地描述的，量子通信系统10的该多个光纤链路60中的至少一个包括在结构上被配置为引起衰减后散射事件的散射区域，该衰减后散射事件将衰减纠缠光子与在该量子通信系统10中传播的其他纠缠光子解纠缠。
现在参考图2和图3，描绘了具有散射区域65的示例光纤链路60'、60”的横截面。光纤链路60'、60”可以设置在已知或尚待开发的量子通信系统(诸如，任何基于纠缠的量子通信系统)中的任何系统中。例如，图1的第一光纤链路60a和第二光纤链路60b可以包括本文所描述的光纤链路60'、60”的实施例中的任何实施例。如图2和图3所描绘的，光纤链路60'、60”各自都包括芯62、围绕芯62的包层64和散射区域65。在一些实施例中，光纤链路60可以包括一个或多个附加层，例如，涂层、护套等。例如，光纤链路60'、60”可以包括涂层68。涂层68可以包括聚合物涂层并且可以围绕包层64设置以便于机械处理。
光纤链路60'、60”的芯62可以是玻璃芯，例如，二氧化硅、锗掺杂二氧化硅、氟掺杂二氧化硅或聚合物芯，诸如低折射率聚合物。包层64可以包括玻璃、聚合物芯等，例如，低折射率聚合物，诸如uv或可热固化氟丙烯酸酯或硅酮等。包层64包括相对于芯62的降低的折射率。例如，包层64可以包括负的相对折射率(相对于芯62)，例如，约-0.5％或更小，约-1％或更小等。在一些实施例中，芯62、包层64或该二者可以包括上掺杂剂或下掺杂剂。如本文所使用的，“上掺杂剂”是相对于纯的未掺杂二氧化硅具有提高折射率的倾向的掺杂剂，“下掺杂剂”是相对于纯的未掺杂二氧化硅具有降低折射率的倾向的掺杂剂。
芯62可以包括约10μm到约500μm、约25μm到约250μm及其之间的所有范围和子范围的直径。例如，芯62的直径可以包括约15μm、20μm、30μm、40μm、50μm、75μm、100μm、125μm、150μm、175μm、200μm、225μm、250μm、275μm、300μm、325μm、350μm、375μm、400μm、425μm、450μm、475μm等。包层64可以包括约10μm或更大、约20μm或更大等的厚度。例如，包层64可以包括约10μm到约600μm、约50μm到约450μm及其之间的所有范围和子范围(例如，约60μm、75μm、100μm、125μm、150μm、175μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm、500μm、550μm等)的外直径。
仍然参考图2和图3，散射区域65包括被配置为散射从芯62衰减的光子(诸如纠缠光子)的多个散射结构66。在不旨在受理论限制的情况下，当纠缠光子例如，由于瑞利散射从芯62衰减时，纠缠光子与散射区域65之间的相互作用使该衰减的纠缠光子散射并且使该光子(现在是衰减的解纠缠光子)与在量子通信系统10内传播的其他光子解纠缠。散射衰减的纠缠光子使该衰减的纠缠光子从与该衰减的纠缠光子纠缠的其他光子移相，从而使该衰减纠缠光子解纠缠。因此，当现在解纠缠的衰减光子随后被例如，涂层68吸收时，该吸收过程不会改变在量子通信系统10中传播的剩余纠缠光子的纠缠。
如图2和图3所描绘的，散射区域65定位在光纤链路60'、60”中与芯62径向地间隔开，例如，从芯-包层界面63朝外径向地间隔开。虽然散射区域65引起衰减后散射事件以使衰减光子与剩余光子解纠缠，但是将散射区域65与芯-包层界面63径向地间隔开防止散射区域65引起沿着光纤链路60'、60”传播的纠缠光子的衰减。例如，散射区域65与芯-包层界面63之间的径向间隔距离可以包括从约5μm或更大，例如，约10μm或更大、约20μm或更大、约30μm或更大、约40μm或更大、约50μm或更大等。例如，散射区域65和芯-包层界面63之间的径向间隔距离可以包括从约5μm到约100μm、约10μm到约50μm、约15μm到约30μm等。
例如，在图2所描绘的实施例(即，光纤链路60')中，散射区域65设置在包层64中，并且在图2所描绘的实施例中，散射区域65设置在涂层68内。设置在包层64中的散射区域65的散射结构66可以包括与包层64的为约0.05或更大的折射率差(例如，包层64与散射结构66之间的折射率的差为约0.05或更大)。在一些实施例中，包层64和散射结构66之间的折射率的差为约0.1或更大。也就是说，散射结构66的折射率可以比包层64的折射率大至少0.1。
此外，设置在涂层68中的散射区域65的散射结构66可以包括与涂层68的为约0.05或更大的折射率差(例如，涂层68与散射结构66之间的折射率的差为约0.05或更大)。在一些实施例中，涂层68和散射结构66之间的折射率的差为约0.1或更大。也就是说，散射结构66的折射率可以比涂层68的折射率大至少0.1。
虽然图2和图3描绘了两个示例实施例，但是散射区域65可以设置在光纤链路60'、60”的从芯-包层界面63朝外径向地间隔开的任何径向位置处。例如，在一些实施例中，散射区域65可以设置在包层64和涂层68中，并且在其他实施例中，散射区域65可以设置在图2和3中未描绘的附加层中。
仍然参考图2和图3，散射区域65的散射结构66可以包括气体填充空隙、固体颗粒等。在美国专利no.7,450,806和美国专利申请序列no.12/950,045、no.13/097,208和no.13/269,055中相对于具有随机布置的且随机尺寸化的气体填充空隙(也被称为“随机空气线”或“纳米结构”或“纳米尺寸结构”)的光漫射光纤描述了散射区域65的散射结构66的一些示例以及用于形成散射结构66的一些过程，这些文献通过引用整体并入本文。
在其中散射区域65的散射结构66包括气体填充空隙的实施例中，该气体填充空隙可以以随机或有组织的图案排列并且可以平行于光纤链路60'、60”的长度延伸或者可以是螺旋状的(即，沿着光纤链路60'、60”的长轴旋转)。光纤链路60'、60”可以包括大量气体填充空隙，例如在光纤链路60'、60”的横截面上有多于50个、多于100个或多于200个的空隙。气体填充空隙可以包含例如，so2、kr、ar、co2、n2、o2或它们的组合。此外，该多个散射结构66(诸如气体填充空隙)可以随机地或非周期性地设置在散射区域65中，然而，在其他实施例中，气体填充空隙可以周期性地设置。
在一些实施例中，散射结构66可以包括固体颗粒(例如，有机或无机固体颗粒)、液滴或它们的组合。示例固体有机颗粒包括颜料、聚合物，例如，聚乙烯、聚丙烯、间规聚苯乙烯、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酮、聚氨酯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚苯乙烯中的聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯及它们的组合。可以在散射结构66中使用的示例性无机材料包括颜料、氧化物或矿物填料，例如，二氧化硅、氧化铝、氧化锆、二氧化钛、氧化铈、氧化锡、过氧化锌、氧化锑及其组合。在一些实施例中，散射结构66可以包括研磨硅酸盐或矿物填料，例如石英、滑石、莫来石、堇青石、粘土、霞长石、碳酸钙、氢氧化铝、硫酸钡、硅灰石、云母、长石、叶蜡石、硅藻土、珍珠岩、方晶石及它们的组合。在制造期间，散射结构66可以经由烟灰压制、溶液掺杂等设置在光纤链路60'、60”中，例如，在光纤链路60'、60”的玻璃部件(诸如包层64)中。此外，在散射结构66设置在涂层68中的实施例中，散射结构66可以例如，经由结晶、分相等在涂层中原位形成。此外，应当理解的是，散射结构66可以包括本文所描述的散射结构材料的任何组合。
散射结构66(例如，气体填充空隙或其他散射结构)的横截面尺寸(例如，直径)可以从约10nm到约10μm，长度可以从约1μm到约10m。在一些实施例中，散射结构66(例如，气体填充空隙或其他散射结构)的横截面尺寸为约10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、120nm、140nm、160nm、180nm、200nm、250nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm。在一些实施例中，散射结构66(例如，气体填充空隙或其他散射结构)的长度为约1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm，900μm、1000μm、5mm、10mm、50mm、100mm、500mm、1m、5m、10m、20m或50m。此外，散射区域65的填充分数可以包括从约0.5％到约20％、1％和15％及其之间的所有范围及子范围，例如约1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％等。如本文所使用的，“填充分数”是指由散射结构66填充的散射区域65的体积百分比。
此外，散射结构66的横截面尺寸可以与在光纤链路60'、60”中传播的光子的波长相差约20％或更小，以有效地移动衰减的纠缠光子的偏振和光学相位(例如，以将衰减的纠缠光子与在光纤链路60'、60”中传播的其他光子解纠缠。例如，散射结构66可以与在光纤链路60'、60”中传播的光子的波长相差约18％或更小、16％或更小、15％或更小、14％或更小、12％或更小、10％或更小、8％或更小、6％或更小、5％或更小、4％或更小、2％或更小、1％或更小等。当散射结构66的横截面尺寸与在光纤链路60'、60”中传播的光子的波长相差约20％或更小时，会发生米氏散射而不是瑞利散射。在不旨在受理论约束的情况下，米氏散射将相移、偏振移和与结构波长相关的相移引入到衰减的纠缠光子的波长带上，该相移、偏振移和与结构波长相关的相移足够显著以使衰减的纠缠光子与在光纤链路60'、60”中传播的其他光子解纠缠。
现在参考图4，描绘了多光子纠缠发生器15'的非限制性实施例。多光子纠缠发生器15'在结构上被配置为生成四个或更多个纠缠光子，例如，两个或更多个纠缠光子对。如上所述，多光子纠缠发生器15'可以位于量子通信系统10中。此外，如图4所描绘的，第一光纤链路60a和第二光纤联络60b被描绘为光学地耦合到多光子纠缠发生器15'并且可以包括光纤链路60'、60”中的任一个(图2和图3)。
在操作中，多光子纠缠发生器15'可以将两个或更多个纠缠光子输出到每一个光纤链路60中。当两个或更多个纠缠光子被输出到每一个光纤链路60中时，如果该两个或更多个纠缠光子中的一个纠缠光子在该两个或更多个纠缠光子横穿光纤链路60时衰减，则该两个或更多个纠缠光子中的该一个或更多个剩余纠缠光子可以由光学地耦合到该光纤链路的相对端的部件接收，该部件为例如第一光子检测器单元12、第二光子检测器单元14、量子中继器(如下面关于图5-图7所描述的)、或配置用于量子通信的系统的任何其他已知或尚待开发的部件。通过利用多光子纠缠发生器15'生成附加纠缠光子，可以在光子衰减不降低量子通信系统10的成功率的情况下延长每一个光纤链路60的芯长度。例如，每一个光纤链路60可以包括约5km、10km、20km、40km、80km或更长。
如图4所描绘的，多光子纠缠发生器15'可以包括两个参数下转换发生器90a、90b(每一个都被配置为输出光子纠缠对)、纠缠光学器件70、路径分离器75和纠缠检测器72。在一些实施例中，纠缠光学器件70包括光学地耦合到第一参数下转换发生器90a和纠缠检测器72并在该第一参数下转换发生器90a和该纠缠检测器72之间延伸的第一纠缠路径71a，和光学地耦合到第二参数下转换发生器90b和路径分离器75并在该第二参数下转换发生器90b和该路径分离器75之间延伸的第二纠缠路径71b。在包括附加参数下转换发生器90的实施例中，构想了附加纠缠路径71。在一些实施例中，纠缠光学器件70进一步包括分束器73，该分束器73被定位成使得每一个纠缠路径71a、71b横穿该分束器73。在操作中，纠缠光学器件70在结构上被配置为当多个光子同时横穿分束器73时使该多个光子纠缠。例如，当由参数下转换发生器90a、90b输出的每一个光子纠缠对同时穿过分束器73时，全部的四个光子彼此纠缠。
此外，纠缠光学器件70被配置为使得由参数下转换发生器90a、90b中的每一个输出的纠缠光子中的一些或全部被纠缠检测器72和/或路径分离器75接收。例如，当第一光子纠缠对由第一参数下转换发生器90a输出并且第二光子纠缠对由第二参数下转换发生器90a输出并且这两个光子纠缠对在分束器73处彼此纠缠时，有可能发生至少三种结果中的一种，其由波函数进行算术地描述：
此外，在一些实施例中，第一纠缠路径71a和第二纠缠路径71b二者中的至少一部分可以包括光波导，诸如光纤。例如，在分束器73和路径分离器75之间延伸的第一纠缠路径71a的一部分和在分束器73和路径分离器75之间延伸的第二纠缠路径71b的一部分可以各自包括光纤。
在一些实施例中，路径分离器75在结构上被配置为将纠缠光子对引导到光学地耦合到路径分离器75的光纤链路60(例如，第一光纤链路60a和第二光纤链路60b)中。例如，当路径分离器75接收到四个纠缠光子时，路径分离器75可以将该四个纠缠光子中的两个引导到第一光纤链路60a中，并且路径分离器75可以将该四个纠缠光子中的两个引导到第二光纤链路60b中。此外，在实施例中，当多光子纠缠发生器15'被配置为生成多于四个纠缠光子时，路径分离器75可以将该纠缠光子的第一子集(例如，约一半)引导到第一光纤链路60a中，并且路径分离器75还可以将该纠缠光子的第二子集(例如，约一半)引导到第二光纤链路60b中。在一些实施例中，路径分离器75可以包括熔融双锥锥形分离器、平面光波回路分离器等。
在一些实施例中，纠缠检测器72在结构上被配置为测量由纠缠检测器72接收的光子的数量，这也提供了关于由路径分离器75接收的光子的数量的信息。例如，如果第一参数下转换发生器和第二参数下转换发生器中的每一个都输出两个纠缠光子，并且纠缠检测器72接收到零个纠缠光子，则路径分离器75接收全部四个纠缠光子。在一些实施例中，纠缠检测器72可以包括多光子检测器。在替代实施例中，纠缠检测器72可以包括单光子检测器，例如，超导纳米线单光子检测器、低噪声光电二极管等。
在一些实施例中，多光子纠缠发生器15'的参数下转换发生器90a、90b可以各自包括光学地耦合到一个或多个非线性晶体的激光源。在一些实施例中，当参数下转换发生器90a、90b各自包括光学地耦合到单个非线性晶体的单个激光源时，每一个参数下转换发生器90a、90b可以输出两个纠缠光子，使得多光子纠缠发生器15'输出四个纠缠光子。例如，该激光源可以被配置为将包括在约600nm和约1000nm之间(例如，750nm、800nm、850nm等)的波长λ的光子输出到非线性晶体中，这生成两个纠缠光子，每一个纠缠光子包括在约1200nm和约2000nm之间(例如，1400nm、1550nm、1700nm等)的波长λ。
在另一个实施例中，当参数下转换发生器90a、90b包括光学地耦合到两个非线性晶体的单个激光源时，每一个参数下转换发生器90a、90b可以输出四个纠缠光子，使得多光子纠缠发生器15'输出八个纠缠光子。例如，该激光源可以被配置为将包括在约300nm和约500nm之间(例如，350nm、400nm、450nm等)的波长λ的光子输出到第一非线性晶体中，这生成两个纠缠光子，每一个纠缠光子包括在约600nm和约1000nm之间(例如，750nm、800nm、850nm等)的波长λ。然后这两个纠缠光子进入第二非线性晶体，这生成四个纠缠光子，每一个纠缠光子包括在约1200nm和约2000nm之间(例如，1400nm、1550nm、1700nm等)的波长λ。在替代实施例中，多光子纠缠发生器15'可以在结构上被配置为使用四波混合过程或生成光子纠缠对的任何其他方法或过程来生成光子纠缠对。
现在参考图5和图6，描绘了使用光纤链路60'、60”的实施例来减轻不想要的衰减后吸收事件的两个基于纠缠的量子通信系统200、300。尽管图5和图6描述了可以利用本文所描述的方法和系统的两个示例基于纠缠的系统，但是应当理解的是，本文所描述的方法和系统可以在任何已知的或尚待开发的基于纠缠的量子通信系统中有用。
现在参考图5，描绘了包括两个光子检测器单元210、212和两个光子纠缠链220a、220b的量子通信系统200。每一个光子纠缠链220a、220b(例如，第一光子纠缠链220a和第二光子纠缠链220b)在两个光子检测器单元210、212之间延伸，并且包括起始多光子纠缠发生器230a、230b、第一和第二中间多光子纠缠发生器232a、232b、234a、234b，第一和第二中间量子中继器240a、240b、242a、242b，以及第一和第二端接(terminating)量子存储器254a、254b、256a、256b。第一和第二端接量子存储器254a、254b、256a、256b分别位于光子纠缠链220a、220b的第一端216和第二端218处。起始多光子纠缠发生器230a、230b位于光子纠缠链220a、220b的第一端216和第二端218之间的各自起始位置214处。
起始多光子纠缠发生器230a、230b、第一中间多光子纠缠发生器232a、232b和第二中间多光子纠缠发生器234a、234b各自在结构上被配置为例如使用参数下转换过程来生成多于两个纠缠光子，诸如上文关于图1和图4所描述的。在一些实施例中，多光子纠缠发生器可以各自包括光学地耦合到一个或多个非线性晶体的一个或多个激光源。在其他实施中，多光子纠缠发生器可以在结构上被配置为使用四波混合过程，或生成纠缠光子的任何方法或过程来生成纠缠光子。此外，多光子纠缠发生器中的每一个可以在结构上被配置为生成具有任何波长λ(例如，在约800nm和约1800nm之间，例如约1550nm)的纠缠光子。
仍然参考图5，每一个光子纠缠链220a、220b的第一和第二中间量子中继器240a、240b、242a、242b可以通过芯长度为l的光纤链路260光学地耦合到光子纠缠链220a、220b的起始多光子纠缠发生器230a、230b，并且通过芯长度为l的光纤链路260光学地耦合到每一个光子纠缠链220a、220b的第一和第二中间多光子纠缠发生器232a、232b、234a、234b。应当理解的是，光纤链路260可以包括任何光纤，例如，单芯光纤、多芯光纤等。例如，光纤链路260可以包括上文关于图2和图3所描述的光纤链路60'、60”的实施例中的任何实施例以减轻衰减后吸收事件并减少通信系统200的测量误差。
在图5所描绘的实施例中，第一中间量子中继器240a、240b可以通过第一光纤链路260a光学地耦合到第一中间多光子纠缠发生器232a、232b，并且可以通过第二光纤链路260b光学地耦合到起始多光子纠缠发生器230a、230b。此外，第二中间量子中继器242a、242b可以通过第三光纤链路260c光学地耦合到第二中间多光子纠缠发生器234a、234b，并且可以通过第四光纤链路260d光学地耦合到起始多光子纠缠发生器230a、230b。在一些实施例中，第一光纤链路260a、第二光纤链路260b、第三光纤链路260c和第四光纤链路260d各自包括芯长度l。
在操作中，每一个光子纠缠链220a、220b的第一和第二中间量子中继器240a、240b、242a、242b可以各自接收，例如，同时接收由起始多光子纠缠发生器230a、230b输出的光子纠缠对的单个光子和由第一或第二中间多光子纠缠发生器232a、232b、234a、234b中的一个输出的单个光子。通过提供具有芯长度l的光纤链路260，第一和第二中间量子中继器240a、240b、242a、242b可以在光子同时到达时使该所接收的光子纠缠而无延迟。
仍然参考图5，量子通信系统200可以进一步包括一个或多个对准机构280，该一个或多个对准机构280在结构上被配置为将光子纠缠链220a、220b的部件与光纤链路260光学地对准。在一些实施例中，该一个或多个对准机构280可以包括对准台、光学开关或两者。在一些实施例中，光子纠缠链220a、220b的该一个或多个量子中继器耦合到对准机构280。在一些实施例中，光子纠缠链220a、220b的该一个或多个多光子纠缠发生器耦合到对准机构280。
仍然参考图5，每一个光子纠缠链220a、220b的第一和第二中间量子中继器240a、240b、242a、242b可以在结构上被配置为使得由起始多光子纠缠发生器230a、230b生成的纠缠光子可以分别与由第一和第二中间多光子纠缠发生器232a、232b、234a、234b生成的纠缠光子纠缠。例如，在一些实施例中，每一个光子纠缠链220a、220b的第一和第二中间量子中继器240a、240b、242a、242b可以各自包括两个量子存储器245和纠缠光学器件270。
纠缠光学器件270可以包括两个纠缠路径271，该两个纠缠路径272光学地耦合到两个量子存储器245和两个纠缠检测器272，并且在该两个量子存储器245和该两个纠缠检测器272之间延伸。此外，纠缠检测器272可以包括单光子检测器，诸如超导纳米线单光子检测器、低噪声光电二极管等。纠缠光学器件270可以进一步包括分束器273，该分束器273被定位成使得每一个纠缠路径271横穿该分束器273。纠缠光学器件270可以在结构上被配置为在由量子存储器245输出的粒子(例如，由量子存储器245输出的一对斯托克斯(stokes)光子或一对反斯托克斯光子)同时横穿分束器273时使这些粒子纠缠。此外，纠缠光学器件270可以被容纳在光波导内，并且单独的中间量子中继器240a、240b、242a、242b、相关联的纠缠光学器件270和相关联的纠缠检测器272可以形成光子集成电路。在替代实施例中，第一和第二中间量子中继器240a、240b、242a、242b可以包括纠缠光学器件270而没有量子存储器245，例如，在结构上被配置为使由第一和第二中间量子中继器240a、240b，242a，242b接收的粒子(例如光子)对进行纠缠的纠缠光学器件270。
在操作中，每一个光子纠缠链220a、220b的第一和第二中间量子中继器240a、240b、242a、242b可以分别接收由起始多光子纠缠发生器230a、230b中的一个生成的一个或多个纠缠光子，分别接收由光子纠缠链220a、220b中的一个的第一和第二中间多光子纠缠发生器232a、232b、234a、234b生成的一个或多个纠缠光子，并使所接收的光子纠缠。例如，第一中间量子中继器240a、240b可以接收由起始多光子纠缠发生器230a、230b生成的一个或多个纠缠光子，并且可以接收由第一中间多光子纠缠发生器232a、232b生成的一个或多个纠缠光子。第二中间量子中继器242a、242b可以接收由起始多光子纠缠发生器230a、230b生成的一个或多个纠缠光子，并且可以接收由第二中间多光子纠缠发生器234a、234b生成的一个或多个纠缠光子。
每一个光子纠缠链220a、220b的第一和第二中间多光子纠缠发生器232a、232b、234a、234b可以通过芯长度为l'的光纤链路260分别光学地耦合到光子纠缠链220a、220b的第一和第二端接量子存储器254a、254b、256a、256b，其中l'>l。芯长度l'允许在由第一和第二中间多光子纠缠发生器232a、232b、234a、234b输出的纠缠光子正行进通过具有芯长度l'的光纤链路260时，光子纠缠发生在第一和第二中间量子中继器240a、240b、242a、242b处。因此，当光子到达第一和第二端接量子存储器254a、254b、256a、256b时，到达相应光子纠缠链220a、220b的第一端接量子存储器254a、254b的光子可以与到达同一光子纠缠链220a、210b的第二端接量子存储器256a、256b的光子纠缠。
例如，第五光纤链路260e可以光学地耦合到第一中间多光子纠缠发生器232a、232b并且设置在第一中间多光子纠缠发生器232a、232b和光子纠缠链210a、210b的第一端216之间。例如，第五光纤链路260e可以光学地耦合第一中间多光子纠缠发生器232a、232b和第一端接量子存储器254a、254b。在其他实施例中，附加部件可以设置在第一中间多光子纠缠发生器232a、232b和第一端接量子存储器254a、254b之间。此外，第六光纤链路260f可以光学地耦合到第二中间多光子纠缠发生器234a、234b并且设置在第一中间多光子纠缠发生器234a、234b和光子纠缠链210a、210b的第二端218之间。例如，第六光纤链路260f可以光学地耦合第二中间多光子纠缠发生器234a、234b和第二端接量子存储器256a、256b。在其他实施例中，附加部件可以设置在第二中间多光子纠缠发生器234a、234b和第一端接量子存储器256a、256b之间。另外，第五光纤链路260e和第六光纤链路260f可以各自包括芯长度l'，其中l'>l。
仍然参考图5，两个光子纠缠链220a、220b中的每一个的第一和第二端接量子存储器254a、254b、256a、256b分别形成第一和第二交叉链量子中继器250、252，其在结构上被配置为生成可测量纠缠粒子。在操作中，交叉链量子中继器250、252使来自每一个光子纠缠链220a、220b的光子纠缠。例如，第一和第二交叉链量子中继器250、252可以分别接收由每一个光子纠缠链220a、220b的第一和第二中间多光子纠缠发生器232a、232b、234a、234b生成的光子，使所接收的光子纠缠使得由每一个光子纠缠链220a、220b的第一和第二中间多光子纠缠发生器232a、232b、234a、234b生成的光子纠缠，并生成由光子检测器单元210、212可测量的可测量纠缠粒子。
仍然参考图5，每一个光子纠缠链220a、220b的第一和第二交叉链量子中继器250、252可以进一步包括端接纠缠光学器件274，该端接纠缠光学器件274包括光学地耦合到端接量子存储器254a、254b、256a、256b和光子检测器单元210、212并且在该端接量子存储器254a、254b、256a、256b和该光子检测器单元210、212之间延伸的一个或多个纠缠路径271。端接纠缠光学器件274还可以包括分束器273，该分束器273被定位成使得每一个纠缠路径271横穿该分束器。在一些实施例中，端接纠缠光学器件274可以包括与纠缠光学器件270相同的部件，并且可以位于光子纠缠链220a、220b的第一端216和第二端218处。端接纠缠光学器件274可以在结构上被配置为在由端接量子存储器254a、254b、256a、256b输出的粒子同时横穿分束器273时使这些粒子纠缠。在一些实施例中，端接纠缠光学器件274可以被容纳在光波导内。附加地，第一和第二交叉链量子中继器250、252、端接纠缠光学器件274和光子检测器单元210、212可以形成光子集成电路。在替代实施例中，第一和第二交叉链量子中继器250、252可以包括端接纠缠光学器件274而没有端接量子存储器254a、254b、256a、256b，例如，在结构上被配置为使由交叉链量子中继器250、252接收的粒子(诸如光子)纠缠的端接纠缠光学器件274。
仍然参考图5，第一和第二光子检测器单元210、212在结构上被配置为接收分别由第一和第二交叉链量子中继器250、252生成的可测量纠缠粒子。在一些实施例中，每一个光子检测器单元210、212包括一对光子检测器，该一对光子检测器被定位成与端接量子存储器254a、254b、256a、256b和/或端接纠缠光学器件274光学对准，使得由单独的端接量子存储器254a、254b、256a、256b生成的粒子由单独的光子检测器接收。附加地，光子检测器单元210、212可以包括一个或多个低噪声光电二极管和/或一个或多个单光子检测器，诸如例如，一个或多个超导纳米线单光子检测器。在一些实施例中，光子检测器单元210、212可以包括与纠缠检测器272相同的检测器；然而，构想了设置在量子通信系统200中的检测器的任何组合。
在操作中，由第一和第二个交叉链量子中继器250、252生成的可测量纠缠粒子由端接纠缠光学器件274进行纠缠，使得每一个光子检测器单元210、212测量可测量纠缠粒子的相关纠缠粒子特性。由每一个光子检测器单元210、212接收的可测量纠缠粒子共享量子状态，使得在第一端216处的相关纠缠粒子特性的测量与在第二端218处的相关纠缠粒子特性的测量相关。相关纠缠粒子特性可以包括可测量纠缠粒子的任何可测量量子特性，例如线性极化、圆极化、自旋、平移动量、轨道角动量等。
在一些实施例中，量子通信系统200可以包括位于起始位置214和第一端216之间以及位于起始位置214和第二端218之间的附加量子中继器和附加多光子纠缠发生器。该附加量子中继器和该附加多光子纠缠发生器可以交替地设置。每一个附加量子中继器可以设置在相邻的多光子纠缠发生器之间，并使用光纤链路260光学地耦合到该相邻的多光子纠缠发生器。每一个附加多光子纠缠发生器可以设置在附加量子中继器与另一个附加量子中继器或单独的端接量子存储器254a、254b、256a、256b中的一个之间，并使用光纤链路260光学地耦合到该附加量子中继器和该另一个附加量子中继器或单独的端接量子存储器254a、254b、256a、256b中的该一个。
构想了使用光纤链路260光学地耦合的任何数量的附加量子中继器和附加多光子纠缠发生器来增加光子纠缠链220a、220b的长度，同时将起始位置214与第一端216和第二端218之间的信号衰减最小化。附加地，光学地耦合到任何一个单独的量子中继器的光纤链路260对可以包括基本上等效的芯长度，使得单独的量子中继器可以同时地或几乎同时地接收由相邻的多光子纠缠发生器输出的单独光子。在一些实施例中，与从起始位置214越来越朝外定位的每一个量子中继器光学地耦合的光纤链路260对可以包括越来越长的芯长度(例如，l、l′、l″、l″′等)。
在操作中，当由每一个多光子纠缠发生器同时输出纠缠光子时，在更靠近起始位置214定位的量子中继器接收并使光子纠缠之后，从起始位置214越来越朝外定位的每一个量子中继器接收由相邻的多光子纠缠发生器输出的光子。因此，行进离开起始位置214的光子在横穿光纤链路260时变得纠缠。这生成了纠缠交换的级联链，使得由单独的光子纠缠链220a、220b的第一端216处的端接量子存储器254a、254b接收的光子在到达时，与由相同的光子纠缠链220a、220b的第二端218处的端接量子存储器256a、256b接收的光子纠缠。
此外，光学地耦合到端接量子存储器254a、254b、256a、256b的光纤链路260可以具有该多个光纤链路260中最长的芯长度，并且光学地耦合到第一和第二中间量子中继器240a、240b、242a、242b的光纤链路260可以包括该多个光纤链路260中最短的芯长度。
仍然参考图5，由每一个光子检测器单元210、212测量的相关纠缠粒子特性可以被转换成相关量子密钥位。每一个相关量子密钥位可以包括二进制位，例如，“1”位或“0”位。在一些实施例中，由每一个光子检测器单元210、212测量的相关纠缠粒子特性可以包括协调(coordinate)纠缠粒子特性，使得在每一个光子检测器单元处产生的每一个相关量子密钥位包括匹配的二进制位。例如，当光子检测器单元210测量包括“0”位的协调纠缠特性时，光子检测器单元212也可以测量包括“0”位的协调纠缠特性。在其他实施例中，由每一个光子检测器单元测量的相关纠缠粒子特性包括正交纠缠粒子特性，使得在每一个光子检测器单元处产生的每一个相关量子密钥位包括相反的二进制位。例如，当光子检测器单元210测量包括“0”位的正交纠缠特性时，光子检测器单元212也测量包括“1”位的正交纠缠特性。
在一些实施例中，例如，在有或没有将相关纠缠粒子特性转换成相关量子密钥位的情况下，相关纠缠粒子特性可以包括任何量子信息。例如，光子纠缠链220a、220b在结构上被配置为在分开的位置之间(例如，在起始位置214与第一端216和第二端218中的一者或二者之间以及在第一端216与第二端218之间)传送任何量子信息。此外，光子纠缠链220a、220b(图5)、320a、320b(图6)中的每一个在结构上被配置为通过生成包括纠缠量子态的粒子并将纠缠量子态传输到分开的位置并在分开的位置之间传输来在分开的位置之间传送任何量子信息。在一些实施例中，本文所描述的每一对光子纠缠链220a、220b(图5)、320a、320b(图6)可以在结构上被配置为操作用于传送量子信息的一次性密钥。在非限制性示例中，量子通信可以包括可测量纠缠粒子的任何可测量量子特性，例如线性极化、圆极化、自旋、平移动量、轨道角动量等。
例如，在一些实施例中，在操作中，多个迭代转换的相关量子密钥位可以在每一个光子检测器单元210、212处形成量子密钥。例如，每一个光子检测器单元210、212可以将所接收的相关量子密钥位迭代地转换成一组相关二进制位，使得每一个光子检测器单元210、212可以接收与由另一个光子检测器单元210、212接收的量子密钥相关的量子密钥。这允许量子密钥被用作密码密钥，使得第一端216和第二端218之间通过经典通信通道的通信可以用量子密钥加密。另外，一些实施例可以包括电子存储设备，该电子通信设备通信地耦合到光子检测器单元210、212，并在结构上被配置为电子地存储相关量子密钥位。在其他实施例中，光子检测器单元210、212可以在结构上被配置为电子地存储量子密钥。
现在参考图6，描绘了包括两个光子检测器单元310、312和两个光子纠缠链320a、320b的另一个量子通信系统300。每一个光子纠缠链320a、320b(例如，第一光子纠缠链320a和第二光子纠缠链320b)在两个光子检测器单元310、312之间延伸。在该实施例中，每一个光子纠缠链320a、320b包括起始量子中继器340a、340b、第一和第二中间多光子纠缠发生器332a、332b、334a、334b以及第一和第二端接量子存储器354a、354b、356a、356b。第一和第二端接量子存储器354a、354b、356a、356b分别位于光子纠缠链的第一端316和第二端318处。
起始量子中继器340a、340b位于光子纠缠链320a、320b的第一端316和第二端318之间的各自起始位置314处。起始量子中继器340a、340b可以包括通过芯长度为l的光纤链路360光学地耦合到每一个光子纠缠链320a、320b的第一和第二中间多光子纠缠发生器332a、332b、334a、334b的两个量子存储器345。此外，光纤链路360可以包括任何光纤链路，例如，单芯光纤链路和/或多芯光纤链路360。例如，光纤链路360可以包括上文关于图2和图3所描述的光纤链路60'、60”的实施例中的任何实施例以减轻衰减后吸收事件并减少通信系统200的测量误差。
每一个光子纠缠链320a、320b的第一和第二中间多光子纠缠发生器332a、332b、334a、334b通过芯长度为l'的光纤链路360分别光学地耦合到光子纠缠链320a、320b的第一和第二端接量子存储器354a、354b、356a、356b，其中l'>l。第一和第二中间多光子纠缠发生器332a、332b、334a、334b各自在结构上被配置为生成多于两个纠缠光子，并且可以包括以上关于量子通信系统200所描述的多光子纠缠发生器中的任何多光子纠缠发生器。
例如，在图6所描绘的实施例中，起始量子中继器340a、240b可以通过第一光纤链路360a光学地耦合到第一中间多光子纠缠发生器332a、332b，并且可以通过第二光纤链路360b光学地耦合到第二中间多光子纠缠发生器334a、334b。第一光纤链路360a和第二光纤链路360b可以各自包括芯长度l。此外，第三光纤链路360c可以光学地耦合到第一中间多光子纠缠发生器332a、332b并且设置在第一中间多光子纠缠发生器332a、332b和光子纠缠链320a、320b的第一端316之间。例如，第三光纤链路360c可以光学地耦合第一中间多光子纠缠发生器332a、332b和第一端接量子存储器354a、354b。在其他实施例中，附加部件可以设置在第一中间多光子纠缠发生器332a、332b和第一端接量子存储器354a、354b之间。此外，第四光纤链路360d可以光学地耦合到第二中间多光子纠缠发生器334a、334b并且设置在第二中间多光子纠缠发生器334a、334b和光子纠缠链320a、320b的第二端318之间。例如，第四光纤链路360d可以光学地耦合第二中间多光子纠缠发生器334a、334b和第二端接量子存储器356a、356b。在其他实施例中，附加部件可以设置在第二中间多光子纠缠发生器334a、334b和第二端接量子存储器356a、356b之间。另外，第三光纤链路360c和第四光纤链路360d可以各自包括芯长度l'，其中l'>l。
仍然参考图6，量子通信系统300可以进一步包括一个或多个对准机构380，该一个或多个对准机构380在结构上被配置为将光子纠缠链320a、320b的部件与光纤链路360光学地对准。在一些实施例中，该一个或多个对准机构380可以包括对准台、光学开关或两者。在一些实施例中，光子纠缠链320a、320b的起始量子中继器340a、340b耦合到对准机构380。在一些实施例中，光子纠缠链320a、320b的该一个或多个多光子纠缠发生器耦合到对准机构380。
每一个光子纠缠链320a、320b的起始量子中继器340a、340b可以在结构上被配置为使得由第一中间多光子纠缠发生器332a、332b生成的纠缠光子分别与由第二中间多光子纠缠发生器334a、334b生成的纠缠光子纠缠。例如，每一个光子纠缠链320a、320b的起始量子中继器340a、340b可以包括两个量子存储器345，以及包括两个纠缠路径371的纠缠光学器件370。纠缠路径371各自光学地耦合到两个量子存储器345中的一个和两个纠缠检测器372中的一个并且在该两个量子存储器345中的该一个和该两个纠缠检测器372中的该一个之间延伸。纠缠光学器件370还可以包括分束器373，该分束器373被定位成使得每一个纠缠路径371横穿该分束器373。此外，纠缠光学器件370在结构上被配置为在由量子存储器345输出的粒子同时横穿分束器时使这些粒子纠缠，如上文关于量子通信系统200所描述的。在替代实施例中，起始量子中继器340a、340b可以包括纠缠光学器件370而没有量子存储器345，例如，在结构上被配置为使由起始量子中继器340a、340b接收的粒子(诸如光子)纠缠的纠缠光学器件370。
两个光子纠缠链320a、320b中的每一个的第一和第二端接量子存储器354a、354b、356a、356b可以分别形成第一和第二交叉链量子中继器350、352，其在结构上被配置为生成可测量纠缠粒子。第一和第二交叉链量子中继器350、352可以包括端接纠缠光学器件374，并且可以是第一和第二交叉链量子中继器250、252，如上文关于量子通信系统200所描述的。
仍然参考图6，第一和第二光子检测器单元310、312可以在结构上被配置为接收分别由第一和第二交叉链量子中继器350、352生成的可测量纠缠粒子。光子检测器单元310、312可以包括上文关于量子通信系统10和200所描述的光子检测器中的任何光子检测器。此外，每一个光子检测器单元310、312可以包括一对光子检测器，该一对光子检测器被定位成与端接量子存储器354a、354b、356a、356b光学对准，使得由单独的端接量子存储器354a、354b、356a、356b生成的粒子被单独的光子检测器310、312接收。
在操作中，由第一和第二交叉链量子中继器350、352生成的可测量纠缠粒子由端接纠缠光学器件374进行纠缠，使得每一个光子检测器单元310、312可以是可测量纠缠粒子的相关纠缠粒子特性，将相关纠缠粒子特性转换成相关量子密钥位，并生成如上文关于量子通信系统200所描述的量子密钥。此外，在一些实施例中，量子通信系统300可以包括位于起始位置314和第一端316之间以及位于起始位置314和第二端318之间的附加量子中继器和附加多光子纠缠发生器，如上文关于量子通信系统200所描述的。
鉴于上述描述，应当理解，构想使用多光子纠缠发生器进行量子信息通信的方法和系统，该多光子纠缠发生器被配置为生成共享量子状态的纠缠光子以将量子密钥或其他共享消息传送到不同的光子检测器单元。此外，本文所描述的实施例包括具有散射区域的光纤链路，该散射区域用于引起衰减后散射事件，以减少由衰减光子的吸收引起的测量误差，以提高量子位率和量子通信系统的总体有效性。
为了描述和限定本发明技术，注意本文中提到的作为参数或另一个变量的“函数”的变量并不旨在表示该变量仅是所列举的参数或变量的函数。而是，在本文中引用作为所列举参数的“函数”的变量旨在是开放式的，使得该变量可以是单个参数或多个参数的函数。
还应当注意，本文中对“至少一个”部件、元件等的记载不应当用于推断冠词“一”或“一个”的替代使用应当限于单个部件、元件等。
注意到，本文中对本公开的部件以特定方法“配置”以使特定特性具体化、或以特定方式起作用的叙述都是结构性的叙述，与期望用途的叙述相对。更具体地，本文提到部件“配置”的方式是指该部件的存在的物理条件，并且同样地被作为该部件的结构特性的明确叙述。
出于描述和限定本发明技术的目的，注意在本文中采用术语“基本上”和“约”来表示可以归因于任何定量比较、数值、测量、或其他表示的固有不确定度。本文还使用术语“基本上”和“约”来表示量化表示可以与所述参考不同而不会导致所讨论主题的基本功能的改变的程度。
在已经详细描述本公开主题并参考其特定实施例的情况下，还应当注意本文中所公开的各种细节不应当被用于暗示这些细节涉及作为本文中所描述的各种实施例的基本部件的元件，即使在本说明书的附图的每一幅图中示出了特定元件的情况下也是如此。此外，显而易见的是，修改和变化而不脱离包括但不限于所附权利要求书所限定的实施例的本公开的范围是可能的。更具体地，虽然本公开的一些方面在本文中被标识为优选的或特别有优势的，但可以构想本公开不一定限于这些方面。
注意到，所附权利要求中的一项或多项使用术语“其中”作为过渡短语。出于限定本发明技术的目的，应当注意该术语是作为开放式的过渡短语而被引入所附权利要求中的，该开放式的过渡短语用于引入对所述结构的一系列特性的记载，且应当按照与更常用的开放式前序术语“包括”相似的方式进行解释。
要求保护的是：
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！