摘要
收到日期：2018年9月28日 2019年2月4日修订
图像
图2 SiSKuaRe方案的示意图概述。 中间的NV中心首先尝试生成纠缠的光子-电子对，然后尝试通过光纤将光子发送给爱丽丝。 然后，Alice使用BB84或六态测量直接测量光子。 然后在电子自旋的状态被交换到碳原子之后 核自转，鲍伯也尝试了同样的做法。 在Alice和Bob都测量了一个光子之后，对中间节点保持的两个量子态进行贝尔态测量。 Alice和Bob可以将其测量结果与Bell-state测量结果一起使用，以生成单个原始密钥位。 重用权限（&P） 图3 单光子方案的示意图概述。 Alice和Bob同时从NV中心向中心的平衡分束器传输光子状态。 这个光子量子位对应于光子的存在与否，最初与NV电子自旋纠缠。 如果只有一个检测器（可以在图的顶部看到）记录到单击，Alice和Bob可以使用单击的检测器的信息来生成单个原始密钥位。 重用权限（&P） 图4 SPADS方案的示意图概述。 首先，两个NV中心运行单光子方案，这样爱丽丝每次尝试后都会直接测量她的电子自旋。 成功后，中间节点将其状态转换为碳自旋。 然后中间节点生成电子-光子纠缠对，其中光子量子位以时隙自由度编码并发送给Bob。 在Bob成功测量光子或达到截止点之前，将一直尝试此操作。 如果达到截止点，则重新启动方案； 否则，中间节点在其两个存储器上执行纠缠交换，并将经典结果传递给Alice和Bob，后者可以更正其测量结果以获得一点原始密钥。 重用权限（&P） 图5 SPOTL方案设置的示意图概述。 该方案是SiSQuaRe和单光子方案的组合。 与SiSKuaRe方案中直接通过光纤发送光子不同，使用单光子方案在中间节点和Alice或Bob之间建立纠缠。 重用权限（&P） 图6 我们的中继器设置中发生的光损耗过程模型。 参数 是光子收集效率，包括光子成功耦合到光纤中的概率。 只有在零声子线（ZPL）发射的光子才能用于量子信息处理。 所有非ZPL光子都被过滤掉 剩余的光子。 然后光子通过具有透射率的光纤传输 。这种成功的传输被检测器概率地记录下来 此外，很大一部分光子可以在检测时间窗口之外到达检测器 这样的光子也会被有效地丢弃。 这里我们用一个参数来描述我们设备的总效率， . 重用权限（&P） 图7 保密分数作为噪声测量引起的去极化参数的函数 总距离为 。我们看到，对于当前的实验值 （用黑色虚线标记）只有在使用优势提取后处理时，这两种方案才能生成密钥。 作为 此外，不使用优势提取的协议也开始生成密钥。 我们还看到，根据曲线在生成非零数量密钥的区域中的斜率，曲线可以分为两组。 这两组对应于使用完全不对称（较大斜率）或对称（较小斜率）协议的场景。 对于所有绘制的协议，截止日期 设置为1并且 ns（我们使用的最小检测时间窗口）最大化secret-key分数。 此外，对于 ，我们在角度上优化了secret-key分数 对于SPOTL方案，我们假设 对于SPADS方案，我们将中继器节点放置在距离Alice总距离的2/3处，对于SPOTL方案，中继器位于Alice和Bob之间。 重用权限（&P） 图8 密钥速率是SPADS方案中几个不同总距离中继器相对位置的函数。 总距离用光纤衰减长度表示 km。我们看到，将中继器放置在距离Alice三分之二的位置（用垂直的黑色虚线标记）对于所有距离来说都是一个很好的位置。 对于考虑的每个总距离和每个定位，在截止时间内对密钥速率进行优化 ，角度 和探测器的时间窗口 . 重用权限（&P） 图9 对于SPOTL方案，密钥速率是中继器在几个不同的总距离内相对定位的函数。 总距离用光纤衰减长度表示 km。我们看到，将中继器定位在Alice和Bob之间的中间位置（用垂直的黑色虚线标记）对于所有距离来说都是一个很好的定位。 对于考虑的每个总距离和每个定位，在截止时间内对密钥速率进行优化 ，角度 和 和探测器的时间窗口 . 重用权限（&P） 图10 密钥速率与 单光子方案的总距离的角度 ，其中 km。我们看到可以生成非零数量密钥的角度范围相对较大。 对于的每个值 ，密钥速率在时间窗口内进行了优化 图上的扭结是具有优势提取的六态协议涉及对两个子协议的优化这一事实的结果。 重用权限（&P） 图13 作为SiSQuaRe和SPADS方案总距离截止值函数的密钥速率 ，其中 我们看到，SPADS方案比SiSQuaRe方案需要更低的截止线，因为它涉及更多的噪音操作。 对于截止值的每个值 ，我们在时间窗口内优化密钥速率 对于SPADS方案 角度。 SiSQuaRe方案的关键在于对完全非对称单向BB84协议和具有优势蒸馏的对称六态协议进行优化，这本身涉及对两个子协议的优化。 重用权限（&P） 图14 密钥速率是SPOTL方案总距离截止值的函数 ，其中 我们看到，由于大量的噪声操作，该方案需要一个较低的截止值，以便能够生成密钥。 对于截止值的每个值 ，我们在时间窗口内优化密钥速率 和 角度。 重用权限（&P）