QST编辑优选：基于量子游走的量子网络纠缠分发
文章介绍
Tianen Chen（陈天恩）, Yun Shang（尚云）, Chitong Chen（陈驰通） and Heng Fan（范桁）
通讯作者：
- 尚云，中国科学院数学与系统科学研究院
研究背景：
量子网络发展面临高维纠缠分发的关键挑战：传统中继器难以实现高维贝尔态/GHZ态的联合测量，且缺乏网络拓扑适应性。虽然量子行走具有相干性和平台兼容性优势，但现有方案依赖非局域操作。本研究旨在通过量子游走设计一种无需高维联合测量并支持任意网络拓扑的普适性纠缠分发框架，从而实现大规模网络上的高维纠缠态分发。通过结合理论创新与超导量子实验，为未来量子网络的可扩展性和容错性奠定基础。
研究内容：
1、基于量子游走的高维纠缠分布模块化方案：
利用多硬币量子游走操作，将局域节点的高维Bell态或GHZ态扩展为远程纠缠。通过设计树形量子网络上的纠缠分发方案并利用Steiner树结构，提出适配任意量子网络的高维纠缠分发方案。
基于Sierpinski垫片结构，利用GHZ态的纠缠分发来连接节点，构建新分形网络。并分析其上的量子游走扩散特性，发现其传输效率较经典分形网络有显著提升。
3、在超导量子处理器上验证2维情况的核心模块：
两方分发：使用两Bell态或GHZ态，通过量子游走操作分布纠缠，保真度分别达79.8(2.0)%和54.3(3.2)%；三方分发：结合三Bell态或GHZ态，实现三方GHZ态分发，保真度分别54.4(1.1)%和47.0(0.7)%。
关键成果与重要性：
创新性地利用量子行走的并行特性，提出首个无需高维联合测量的纠缠分发协议，将高维纠缠分发转化为单粒子局域测量；设计基于Steiner树的动态路径算法，实现任意拓扑网络的纠缠分发，实验模块可直接嵌入现有量子中继器架构，推动实用化进程；构建的Sierpinski分形网络展现出更优的量子扩散特性，为复杂量子网络设计提供新思路。结合分形自相似性，支持多层级纠缠资源共享，提升网络容错性和可扩展性。
作者介绍
尚云 研究员
中国科学院数学与系统科学研究院
- 尚云，中国科学院数学与系统科学研究院研究员，博士生导师，CCF杰出会员。长期从事量子计算基础理论、量子游走、量子机器学习研究。目前已在npj Quantum information, Theoretical Computer Science, Quantum Science and Technology等国际知名期刊发表60多篇文章。曾获CCF科学技术奖自然科学二等奖。
期刊介绍
- 2024年影响因子：5.0 Citescore：10.9
- Quantum Science and Technology（QST）是一本多学科、高影响力的期刊，致力于出版涵盖所有量子技术科学和应用的高质量和重要的研究。QST涵盖应用数学、凝聚态物质、量子光学、原子物理和材料科学的各个领域，并涉及到化学、生物学、工程学、计算机科学和机器学习。除了定期的原创研究外，QST还出版专题综述和征集热点问题文章的特刊，从而对该领域最新和最有趣的研究进行概述。