CN102577225A - 量子中继器以及用于创建扩展纠缠的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供在光学耦合的节点的链的第一和第二端节点(81L，81R)中的qubit之间创建端到端纠缠(89)的方法，其中，该链的中间节点(80)是量子中继器。通过qubit与在节点之间传输的光场的交互在链的邻居对中的qubit之间创建局部纠缠(85)。沿着链从一个端节点(81L)传播的触发(82)顺序地使每个量子中继器(100；210)能够实施顶级操作周期。在每个这样的周期中，中继器(80)发起涉及各个中继器qubit的两个纠缠的合并，所述各个中继器qubit至少被预期与在沿着链和中继器相对方向上布置的节点中的qubit纠缠。还提供了适合于实现该方法的量子中继器(80)。

Description

量子中继器以及用于创建扩展纠缠的系统和方法
技术领域
本发明涉及量子中继器以及用于创建扩展纠缠(entanglement)的系统和方法。
背景技术
在量子信息系统中，信息被保持在量子系统的“状态”中；一般这将是提供称为量子比特或“qubit”的量子信息单位的两级量子系统。与离散的经典数字状态不同，qubit不限于离散状态，而是可以在任何给定的时间处于两种状态的叠加中。
任何两级量子系统可用于qubit，并且若干物理实现已经被实现，包括基于单光子、电子自旋、原子核自旋的偏振状态以及光的相干状态的实现。
量子网络连接提供在远程端点之间的量子信息通信。这样的连接的潜在使用包括量子计算机的联网以及“量子密钥分配”(QKD)，其中具有完整性的量子通道和认证的(但不一定是秘密的)经典通道用于创建共享的、秘密的、随机的经典比特。通常，当传输距离增加时，用于通过量子网络连接传送量子信息的处理提供降低的性能，从而在端点之间设置上限。因为通常不可能复制量子状态，因此不能通过使用经典意义的中继器来增加端点的分离。
在两个间隔开的位置之间传输量子信息的一种方法使用称为“量子隐形传态”(quantum teleportation)的技术。这利用位于间隔开的位置的各个位置处的称为Bell对的两个纠缠的qubit；术语“纠缠”在本说明书中也用于指两个纠缠的qubit。这种分散的Bell对的创建通常由通过光学通道(例如，诸如光纤的光波导)发送的光子来转达。虽然该处理是距离受限的，其中来自两个分离的Bell对的各自的qubit是共位(co-locate)的，但可能通过在位置相近的qubit之间实施的局部量子操作来组合(或合并)Bell对。称为“纠缠交换”的该处理导致在Bell对的两个非位置相近的qubit之间的纠缠，而位置相近的qubit完全停止纠缠。
作为共位的qubit的宿主并执行用于合并Bell对的局部量子操作的设备称为“量子中继器”。量子中继器的基本作用是创建具有两个相邻间隔开的节点的每一个的各个的Bell对，并且然后合并Bell对。通过链接多个量子中继器，可以在隔开任何距离的端点之间创建端到端纠缠，从而允许在任意间隔开的端点之间传输量子信息。
可注意，虽然QKD并不直接需要纠缠状态，通过量子中继器的使用的长距离Bell对的创建便于长距离QKD。此外，分散的量子计算的大部分其它应用将使用分散的Bell对。
本发明涉及间隔开的qubit之间的纠缠的创建以及便于远程端点之间的纠缠的创建的量子中继器的形式、管理和交互。
发明内容
根据本发明，提供了如所附权利要求1中所阐述的量子中继器。量子中继器可用作一节点链中的中间节点，以允许在该节点链的端节点中的qubit之间的端到端纠缠。
还提供了创建在一节点链的端节点中的qubit之间的端到端纠缠的方法，该节点链的中间节点是量子中继器，该方法在所附权利要求13中被阐述。
附图说明
现在将通过参考附图，以非限制性的例子的方式来描述本发明的实施例，其中：
图1A是描述用于纠缠两个qubit的已知操作的图示；
图1B是描述用于扩展现有纠缠以创建新的纠缠的拉长操作的图示，该新的纠缠涉及最初被纠缠的qubit之一和新qubit；
图1C是描述用于通过合并现有纠缠与另一纠缠来扩展现有纠缠以创建新纠缠的合并操作的图示，该合并操作涉及来自每个原始纠缠的一个qubit；
图2是描述用于执行位于相应的间隔开的节点中的两个qubit之间的纠缠操作的纠缠创建子系统；
图3A是描述量子中继器可如何用于在比只使用图1A的纠缠操作可能有的距离更大的距离上创建两个qubit之间的纠缠的图示；
图3B是示出量子中继器链可如何用于创建在任何任意间隔开的节点对之间的扩展纠缠的图示；
图4是示出用于实现各种量子交互的在本文称为“Q块”的三种基本量子物理硬件块的图示；
图5是示出使用Q块的图2的纠缠创建子系统的实现的图示；
图6是量子中继器的量子物理硬件的一般图示；
图7是描述本发明的量子中继器实施例的一般形式的图示；
图8是示出用于创建在五个光耦合节点的链的端节点之间的端到端纠缠的体现本发明的过程的两个连续操作周期的图示，该链的中间节点是图7的形式的量子中继器；
图9是用在图7的形式的量子中继器中的可靠的局部链接纠缠创建子系统的图示；
图10是第一量子中继器实施例的图示，该实施例使局部链接纠缠创建基于图9的形式的子系统；
图11是示出图10的量子中继器可如何与相邻的节点协作以形成两个LLE创建子系统的图示；
图12是示出图10的量子中继器可如何串联地光耦合以提供相邻中继器之间的LLE创建子系统的图示；
图13A和13B示出图10的量子中继器实施例的量子物理硬件的相应的示例性实现；
图14是图10的量子中继器的合并控制单元的示例性状态机实现的状态转换图示；
图15是对于具有图10的形式的量子中继器节点的图8的节点链的情况更详细地示出图8所示的第一端到端操作周期的图示；
图16是具有由图10的量子中继器形成的中间节点的节点链的右端节点的示例性实现的图示；
图17是具有由图10的量子中继器形成的中间节点的节点链的左端节点的示例性实现的图示；
图18是示出基于图10的实施例的两种互补类型的中继器可如何组合来形成中继器链的图示；
图19是图10的形式的量子中继器可基于的可选的局部链接纠缠创建子系统的图示；
图20是示出量子中继器节点链的示例性分割的图示；以及
图21是类似于图15但针对具有基于不可靠的局部链接纠缠创建子系统的量子中继器节点的节点链的情况的图示。
具体实施方式
基本纠缠创建和扩展操作
纠缠操作(图1A)
图1既括地示出用于纠缠两个qubit qb1、qb2(被标注为1)以创建Bell对的已知处理(在本文称为“纠缠操作”)，该附图示出在纠缠操作的过程中获取的一时间序列的快照(a)到(g)。如在目前的情况中，其中，在qubitqb1、qb2隔开大于几毫米的距离，Bell对的创建由光子转达，光子可穿过自由空间或通过诸如光纤4的波导而被发送。非常一般地，Bell对创建的过程可分成使用非常少量的光(单光子、光子对、或非常少的光子的激光脉冲)的过程以及使用来自例如激光的相干源的很多光子的脉冲的过程。如本领域技术人员将理解的，产生光子、执行纠缠操作并进行测量的方法的细节取决于是使用非常少量的光还是很多光子的激光脉冲而不同；然而，因为本发明可使用任何这样的方法来实现，因此下面的描述将简单地通过用于创建(并随后扩展)Bell对的“光场”来表达。
更详细地考虑图1A，由发射器2发射的光场5(快照(a))穿过物理qubit qb1(快照(b))，其处于准备好的非经典状态(例如，0，+1)中；一般，物理qubit实现是作为电子自旋，在光场的传输紧前电子被设置处于预定状态中。光场5和qubit qb1交互，光场5有效地“捕获”qubit qb1的量子状态。光场5接着沿着光纤4(快照(c)和(d))行进，并在检测器3(快照(f))处被测量之前与qubit qb2(快照(e))交互；如果成功，这导致qubit qb1到qubit qb2的量子状态的“转换”，使这些qubit纠缠(在图1A中，这个纠缠由双头箭头弧线8表示，这种形式的表示通常在附图中用于描述纠缠)。由检测器13测量的光场5的特性能够做出关于纠缠操作是否是成功的确定。纠缠操作的成功或失败接着在经典(非量子)消息9中被传递回光纤4的qb1端(快照(g))。该消息可能在形式上非常简单(单个脉冲的存在或不存在)，且如本文使用的，术语“消息”应被理解为包括这样的简单形式以及任何复杂程度的构造的消息(受到处理时间限制)；在消息9需要识别若干qubit中的特定qubit以及纠缠操作的成功或失败的实施例中，消息可仍然采取单个脉冲的存在或不存在的形式，脉冲的不存在的时间用于识别所涉及的qubit。在需要将关于纠缠操作的成功/或失败的信息传送回光纤4的qb1端(或识别所涉及qubit)的情况中，纠缠操作的总消耗时间至少是沿着光纤4的往返传播时间，甚至在纠缠操作成功的场合也是如此。
纠缠操作可以被执行来纠缠qubit qb1和qb2，而不管qb2是否已经与另一qubit纠缠(在当在qb1和qb2之间执行纠缠操作时qb2已经与另一qubitqbj纠缠的情况下，这导致所有三个qubit qb1、qb2和qbj的状态变成纠缠的)。
由检测器3测量的光场5的特性也能够在成功的纠缠操作的情况下做出关于qb1和qb2的纠缠状态是相关的还是反相关的确定，这通常称为纠缠的“宇称性”(偶宇称性和奇宇称性分别对应于相关和反相关的qubit状态)。当以后使用纠缠时，知道纠缠的宇称性通常很重要；作为结果，必须存储宇称性信息，或采取步骤来确保宇称性总是相同地结束(例如，如果奇宇称性被确定，qb2的状态可反转以产生偶宇称性，由此在qb1和qb2之间的纠缠总是以偶宇称性结束)。
事实上，两个纠缠qubit的相对宇称性是常常称为“广义宇称性”并包括qubit宇称性值和共轭qubit宇称性值的二维量。对于如图1A所示的简单纠缠操作，共轭qubit宇称性值信息是有效地偶宇称性，且不需要被测量。“广义宇称性”需要两个经典比特来表示它。在某些应用(例如QKD)中，可能不需要共轭qubit宇称性值信息的知识。在下文中，除了在特别提及“广义宇称性”的分量之一(也就是说提及qubit宇称性值或共轭qubit宇称性值)的场合，对“宇称性”的提及应被理解为意指“广义宇称性”，但应理解，在适当的情况下，共轭qubit宇称性值信息可以被省略。
如已经指示的，qubit qb1和qb2一般物理地被实现为电子自旋。然而，以这种方式存储的量子信息的实际寿命非常短(累积的10-6秒的数量级)，因此通常在光场5与qb1和qb2的交互之后，所涉及的qubit的量子状态立即转换到原子核自旋，其具有长得多的有用寿命(一般累积地为秒的数量级)。量子状态可稍后转换回电子自旋，用于随后的光场交互(例如以执行下面描述的两个纠缠的合并)。
值得注意的另一实际特征是，物理qubit qb1和qb2通常被保持遮闭而免受光，除了光场5的通路。为了便于此，在光纤4的qb2端处(以及为了在qubit与光场5交互紧前触发将qubit设置在准备好的状态中)，“先驱”光脉冲6可领先于光场5；这个光脉冲在光纤14的qb2处被检测到，并用于触发qubit qb2的起动(priming)和接着其的去掉遮闭，以用于与光场5交互。触发这些任务的其它方法可选地是可能的。
在成功地创建Bell对的概率、所涉及的qubit之间的距离以及所创建的对的保真度之间的关系是复杂的。例如，对于使用很多光子的激光脉冲形式的光场的一个特定的实现，创建对于分别在qubit之间10km和20km距离具有0.77或0.638的保真度的Bell对，且该创建对38％到40％的尝试成功。主要点是，图1A所示的纠缠操作是距离受限的；为了简单起见，在下文中，假定0.25的成功的概率在10km的距离处。
LLE创建子系统(图2)
用于执行纠缠操作的部件的组件在本文称为“纠缠创建子系统”，并可以在一个装置内局部地实现或者在远程放置的多个装置(通常称为节点)之间实现。图2示出后一情况的例子，其中两个节点21和22由光纤23光学地耦合；提供节点到节点链接的诸如光纤23的光纤在本文称为“局部链接”光纤。图2的节点21、22包括用于实现各自的qubit qb1和qb2的部件(为了易于理解，在图2中使用与在图1A中相同的qubit标记)。qubit qb1和qb2以及与qb1相关的发射器2、与qb3相关的检测器3、局部链接光纤23和每个节点中的纠缠操作控制逻辑(未示出)形成用于创建qubit qb1和qb2之间的纠缠8的纠缠创建子系统25。由穿越过节点之间的局部链接光纤的光场创建的这种纠缠在本文被称为“局部链接纠缠”或“LLE”；节点跨越纠缠创建子系统25相应地被称为“LLE创建子系统”。
拉长操作(图1B)
例如由图1A的纠缠操作创建的纠缠可被“扩展”以创建涉及最初纠缠的qubit中的一个和新的qubit的新纠缠，相对于另一最初纠缠的qubit，后者一般位于离所涉及的最初纠缠的qubit更大的距离处。图1B和1C示出两种延伸qubit qb1和qb2(被标注为1)之间的初始纠缠8以形成qubit qb1和另一qubit之间的纠缠的方法；这两种方法都涉及光场穿过各种qubit，之后是光场的测量，但为了简单起见，光场本身和一般用于引导它们的光纤已经从图1B和1C中省略。
图1B通过时间序列的快照(a)到(d)的方式示出在本文称为“拉长操作”的纠缠扩展处理。通常来说，拉长操作还涉及使现有的第一纠缠的qubit与在第一纠缠中没有涉及的qubit(虽然它可能已经在不同的纠缠中被涉及)纠缠，以形成纠缠的链接序列，然后中间qubit(也就是说，在被扩展的第一纠缠的末端处的qubit)通过测量被移除以留下在第一纠缠的剩余qubit和新近纠缠的qubit之间的“扩展”纠缠。图1B示出对于最简单的情况下的拉长操作，其中不在第一纠缠中涉及的qubit本身不是已经被纠缠。更具体地，如图1B的快照(a)所示的，涉及qubit qb1和qb2(都被标注为1)的现有纠缠8的qubit qb2还借助于纠缠操作与qubit qb3(被标注为10)纠缠。这个纠缠操作涉及由发射器2发射的光场，光场在被检测器3测量之前穿过qubit qb2和qb3。快照(b)描述在qb2和qb3之间的因而产生的纠缠11。纠缠8和11形成纠缠的链接序列——这是形容qb1、qb2和qb3的状态现在彼此纠缠的另一种方式。接着通过从发射器2发送穿过qb2的光场并使用检测器3探测它来对中间qubit qb2实施特定类型的测量，在本文中是“X测量”(在图1B中被标注为12)，从而从与qb1和qb3的纠缠中消除qb2(见保持qb1和qb3被纠缠的快照(c))。X测量12的特征是，它以不给出关于被纠缠的qubit qb1和qb3的其余量子状态的信息的方式来完成；例如，对于qubit qb1、qb2和qb3之间的连接状态如“a|000＞+b|111＞”，其中a和b是概率振幅，对qubit qb2的X测量将给出“a|00＞+b|11＞”(对于+1的X测量结果)或“a|00＞-b|11＞”(对于-1的X测量结果)的在qb1和qb3之间的纠缠的状态。该测量不给出关于a或b的任何信息。
在进行了X测量12以从纠缠中消除qb2之后，扩展纠缠保留在qb1和qb3之间-该扩展纠缠被描绘为在图1B的快照(d)中的中粗弧线13。
扩展的纠缠13的宇称性是纠缠8和11的宇称性和从X测量(在上面的例子中，X测量给出+1或-1结果-这个符号是共轭qubit宇称性值)确定的共轭qubit宇称性值的组合。在qubit宇称性值信息和共轭qubit宇称性值信息分别由分别针对偶和奇宇称性的二进制值“0”和“1”表示的场合，扩展的纠缠的qubit宇称性值信息和共轭qubit宇称性值信息是相应的分量宇称性的各自的异或(互斥或)组合。
可注意，与图1B的拉长操作在功能上相当的结果可以通过首先借助于纠缠操作使qb3与qb2纠缠来获得，在该纠缠操作中，中间光场首先穿过qb3，然后通过对qb2实施X测量来从纠缠中移除qb2。在本说明书中，为了语言上的清楚，对“拉长操作”(具有其必备的X测量)的提及只包括由首先穿过正被扩展的纠缠的qubit的光场影响作为拉长操作的部分被执行的初始纠缠的情况；拉长操作的上述功能等价物被视为分离的纠缠和X测量操作。
在目的是在间隔开相当大的距离的两个qubit之间建立纠缠的场合中，上面参考图1B描述的拉长操作其本身并不是那么有用。这是因为如果部件纠缠操作(见图1B的(a))失败，则正被扩展的以前存在的纠缠(图1B中的纠缠8)将被破坏。实际上，成功地创建扩展纠缠13的概率是用于创建纠缠8和11的纠缠操作的成功概率的乘积。如已经提到的，成功纠缠操作的概率是距离相关的，所以只使用拉长操作相继地扩展初始纠缠来在长距离上成功地创建纠缠的概率是很低的。该拉长操作的所述功能等价物存在同样的问题。
合并操作(图1C)
更好的方法是使用图1C所说明的合并操作来将单独地跨越相当大的距离的独立创建的纠缠接合在一起；这个方法有效地使与单独的纠缠相关的成功概率去耦，因为创建这样的纠缠的一次尝试的失败不破坏其它纠缠。当然，为了是有用的，用于连接单独的纠缠的合并操作本身必须是高度可靠的，并且这是通过在极短的距离上执行该合并操作而实现的。
图1C通过快照(a)到(e)的时间序列的方式说明了合并操作的示例性实施例，该合并操作用于通过合并在qubit qb1和qb2之间存在的纠缠8与在qubit qb4(被标注为14)和qb5(被标注为15)之间存在的另一纠缠16来“扩展”纠缠8，以便以qb1和qb5之间的“扩展纠缠”(图1C中的中粗弧线19)结束。qubit qb2和qb4位于彼此非常接近(一般在数十毫米内)的位置。纠缠8和16被创建的顺序不是相关的(实际上它们可以被同时创建)；所有需要的是这两个纠缠在时间上的共同点处处于可用的状态。在这样的时间，通过对qubit qb2和qb4局部地执行量子操作来“合并”纠缠8和16。(在qubit qb2、qb4的量子状态分别在LLE 8、16的创建之后已经立即从电子自旋转换到原子核自旋的场合，这些状态需要在合并操作被实施之前转换回电子自旋)。局部合并操作涉及与图1A的纠缠操作的过程相似的第一过程，该纠缠操作通过使发射器2所发射的光场相继穿过两个qubit qb2和qb4(或反之亦然)，然后测量光场(见图1C的快照(b))而被实施。该第一过程如果成功则导致qubit qb2和qb4变得纠缠(如在图1C的快照(c)中的纠缠17所指示的)，创建纠缠的链接序列，通过该纠缠的链接序列，qubit qb1和qb5彼此纠缠。然后使用包括一个或多个X测量18的第二测量过程(见图1C的快照(d))来从纠缠的整体中移除中间qubit qb2和qb4，剩下在qubit qb1和qb5之间的“扩展的”纠缠。qubit qb2和qb4以既不彼此纠缠也不与qubit qb1、qb5纠缠而结束。因为合并操作是两个共位的qubit之间的局部操作，因此成功的概率非常高。
作为合并操作的部分进行的测量提供合并成功与否的指示，以及合并操作的“广义宇称性”的指示。例如，第一合并操作过程可以测量qubit宇称性值，而第二合并操作过程可以测量共轭qubit宇称性值。在这种情况下，第二过程可以被实施为使用穿过qubit qb2和qb4的光场的单个X测量(在这种情况下，光场具有与在第一过程中使用的值不同的值，例如，与0、-1相反的0、+1)，或被实施为随后被组合的、对qb2和qb4单独地进行的单独X测量，在图1C中示出了后一方法。扩展的纠缠19的宇称性将是纠缠8和15的宇称性和合并操作的宇称性的组合。与以前一样，在qubit宇称性值信息和共轭qubit宇称性值信息分别由分别针对偶和奇宇称性的二进制值“0”和“1”表示的场合，扩展纠缠的qubit宇称性值信息和共轭qubit宇称性值信息分别是相应的分量宇称性的各自的异或(互斥或)组合。
关于合并操作的成功与否的信息在经典消息中传递到端qubit位置，因为否则这些位置不知道qubit qb1、qb5是否被纠缠；可选地，因为合并操作的失败概率通常非常低，因此可以假设是成功的，并且没有成功/失败消息被发送-在这种情况下，将由消耗扩展纠缠19的应用来检测和补偿导致纠缠不存在的合并失败。因为扩展纠缠的宇称性通常需要是已知的，以利用纠缠的qubit，因此用于确定扩展纠缠19的宇称性所需要的宇称性信息也传递到端qubit位置的一个或其他。
将意识到，上面关于图1C描述的合并操作的形式是在qb2和qb4之间的非常短的距离上有效地执行用于扩展纠缠8的拉长操作，以及用于将qb4从纠缠移除的对qb4的X测量(通过执行作为拉长操作的部分的X测量已经从纠缠移除了qb2)。当然，与图1B的示例性拉长操作不同，其中纠缠8被扩展到的qubit qb3本身不是已经被纠缠的，在图1C中的等价物qubit qb4已经在第二纠缠16中被涉及；然而，如已经提到的，拉长操作包括这个可能性。
如已经提到的，合并操作是局部操作(在图1C中的qubit qb2和qb3之间)，其在非常短的距离上被实施，因此具有高成功概率。合并操作花费10-9秒的数量级的时间。
量子中继器(图3A和3B)
实际上，当试图创建在两个qubit之间的扩展纠缠时，其中这两个qubit位于分离一距离的各个端节点中，其中该距离大于能够以任何合理的成功概率对其使用基本纠缠操作的距离，称为量子中继器的一个或多个中间节点用于将跨越所述端节点之间的距离的基本纠缠合并在一起。每个量子中继器节点对局部qubit对有效地实现合并操作，该qubit对相应于图1C的qubit qb2和qb4并且在与其它节点中的qubit的各自纠缠中被涉及。图3A示出形成节点链(连续序列)中的一个节点的这样的量子中继器节点30，该节点链由分别容纳期望纠缠的qubit qb1、qb5(但其相隔太远而不能通过直接使用纠缠操作来纠缠)的左端节点31和右端节点32终止。在本示例中，节点链包括三个节点，其中左端节点31和右端节点32也形成量子中继器30的左邻节点和右邻节点。量子中继器30通过左局部链接光纤33L和右局部链接光纤33R分别地连接到其左邻节点31和右邻节点32。应当注意，如在整个本说明书中使用的，术语“左”和“右”应简单地被理解为用于区分开包括量子中继器的节点链的相反意义(沿着的方向、端等)的方便标签。
量子中继器30有效地包括左和右部分或侧(在图3A中标记为“L”和“R”)，每个部分或侧包括各自的qubit qb2、qb4(为了容易理解，在图3A和使用与图1C中的相同的qubit标记)。左邻节点31的qubit qb1和量子中继器节点30的qb2是在这些节点之间形成的LLE创建子系统的部分，并用于创建在qb1和qb2之间的左LLE 8(在图3A中被示为虚线箭头弧线8)。类似地，右邻节点32的qubit qb5和量子中继器节点30的qb4是在这些节点之间形成的LLE创建子系统的部分，并用于创建在qb5和qb4之间的右LLE 16。
可以注意到，用于建立每个LLE的光场的行进方向(左到右或右到左)不是关键的，由此可以按期望设置相关的发射器和检测器的布置。例如，在创建LLE 8和16中涉及的光场二者可以都从量子中继器30被发送出去，这意味着发射器布置在量子中继器30中，而检测器布置在左邻节点31和右邻节点32中。然而，为了便于同一形式的量子中继器的链接，如果光场都沿着节点链在同一方向上行进，则是方便的；例如，光场可以被布置为都从左向右行进，在这种情况下量子中继器30的左侧L将包括用于创建左LLE 8的检测器，而右侧R将包括用于创建右LLE 16的发射器。为了简单起见，并且除非另外声明，否则在下文中将假设在节点之间的光场的行进的左到右方向；然而所附权利要求不应被解释为被限制于光场的行进的任何特定方向，或跨越不同链接的相同光场行进方向，除非如此声明或含蓄地需要。
在量子中继器30的操作中，在左LLE 8和右LLE 6以任何顺序创建之后，涉及qubit qb2和qb4的局部合并操作34被实施，从而合并左LLE 8和右LLE 16，并且形成在分别在端节点31和32中的qubit qb1和qb5之间的扩展的纠缠19。
如果需要，关于合并操作的成功或其他的信息以及关于宇称性的信息在经典消息35中从量子中继器30传递到节点31、32。
关于宇称性信息，在局部链接纠缠的宇称性已经被标准化(按需要通过qubit状态反转)的场合，只有合并宇称性信息需要由量子中继器传递，并且节点31或32可以利用这个信息。然而，在LLE宇称性信息被简单地存储的场合，则量子中继器需要传递它拥有的任何宇称性信息；例如，在左LLE8和右LLE 16的宇称性分别被量子中继器30和节点32已知时，量子中继器30一般在组合这两者之后需要向节点32传递关于LLE8的宇称性信息和合并宇称性信息。节点32现在可以通过组合它从量子中继器30接收的宇称性信息与它已经知道的关于LLE 16的宇称性信息来确定扩展纠缠的宇称性。
从前述内容中，可以看出，虽然合并操作本身非常快(10-9秒的数量级)，但在扩展纠缠19对节点31、32是有用的可用的之前，通常存在对应于到节点31、32的最远的一个的消息传播时间的延迟。
通过将多个量子中继器链接在一起，可以在任何任意间隔开的节点对之间创建扩展的纠缠。图3B对于N个节点的链说明了这一点，该链包括分别的左端节点31和右端节点32以及一系列(N-2)个量子中继器30(每个被标记为“QR”，并且为了简单起见，图形地描绘具有表示L和R qubit的两个圆的矩形)。节点30-32通过光纤(未示出)互连成链，并且从左到右被编号-在每个节点下面给出每个节点的号码n，并且节点号“j”代表沿着链的任意QR节点30。QR节点的节点号可用作识别该节点的下标；因此“QRj”是指被编号为j的量子中继器节点。这个节点表示、编号和标识在整个本说明书中被普遍使用。
在图3B中，在各自的节点对中的qubit之间示出三个现有的纠缠36、37和38；为了方便，当在在高水平处提及沿着节点链的纠缠时，在本文将通过参考持有在其间存在特定纠缠的qubit的节点对来识别该特定的纠缠，该参考采用二-元素节点-号元组的形式。因此，作为在被编号为(N-1)和N的邻节点中的qubit之间的局部链接纠缠LLE的纠缠18，是可由节点号元组{(N-1)，N}标识的。纠缠36和37(在图3B中用中粗弧线示出)是分别存在于节点对{1，j}和{j，(N-1)}中的qubit之间的扩展纠缠，这些纠缠通过LLE的合并而被创建。为了在左端节点31和右端节点32中的qubit之间创建端到端(在本文缩写为“E2E”)纠缠(见图3中的粗弧线39)，纠缠37和38可首先通过QRj合并，然后作为结果的扩展的纠缠通过QR(N-1)与LLE38合并；可替换地，纠缠37和38可首先通过QR(N-1)合并，然后作为结果的扩展的纠缠通过QRj与纠缠36合并。
纠缠构建路径
纠缠的“纠缠构建路径”(EBP)是由在创建未扩展或扩展的纠缠时使用的中间光场或多个光场所采用的总qubit到qubit路径；在存在多个路径分段的场合(即，路径涉及多于两个的qubit)，光场不一定连续横穿其各个分段，这根据图3B的E2E纠缠如何被建立的考虑将是明显的(在本例中，纠缠构建路径是从一个端节点经由量子中继器的链的左侧和右侧qubit到另一端节点的路径).
低级量子物理硬件的表示
Qubit的物理实现的特定形式和执行纠缠、拉长和合并操作的方法的细节(例如，是使用非常少量的光还是使用很多光子的激光脉冲)不直接与本发明有关，因此将不在本文中进行进一步地描述，应理解，适当的实现对本领域技术人员是已知的。相反，用于实现量子操作的物理硬件(“量子物理硬件”)将通过在本文称为“Q块”的基本块来表示，Q块提供一个qubit的实现和与一个qubit的交互，以及相关的光纤。
图4示出分别被标注为40、42和44的三种Q块。
Q块种类40代表显现qubit并且执行与该qubit进行的图1A的“捕获”交互所需的物理硬件，也就是说，控制的发送光场穿过处于准备好的状态中的该qubit。这种Q块-在本文称为“捕获Q块”(在附图中缩写为“Q块(C)”)-包括qubit 10和光场发射器12的物理实现，以及适当的光学垂准(plumbing)，用于将qubit置于准备好的状态中并用于在除了当光场被允许进入时遮闭它(例如，使用电光快门)的功能，用于按需要在电子自旋和原子核自旋之间转换qubit状态(反之亦然)的功能(对于所涉及的qubit实现适合的场合)、以及用于协调捕获Q块的操作以在接收到“激发”信号41时发送穿过其qubit(并且从Q块出来)的光场的控制功能。
Q块种类42代表显现qubit并且执行与该qubit进行的图1A的“转换”交互所需的物理硬件，也就是说，所接收的光场穿过处于准备好的状态中的qubit，之后是光场的测量。这种Q块-在本文称为“转换Q块”(在附图中缩写为“Q块(T)”)-包括qubit 10和光场检测器13的物理实现，以及适当的光学垂准，用于将qubit置于准备好的状态中并用于在除了当光场被允许进入时遮闭它的功能(响应于例如先驱光脉冲6)，用于按需要在电子自旋和原子核自旋之间转换qubit状态(反之亦然)的功能(对于所涉及的qubit实现适合的场合)、以及用于协调转换Q块的操作和用于输出测量结果43的控制功能。
Q块种类44是合并捕获和转换Q块种类40和42的功能的Q块的通用形式，所以可用于实施捕获和转换交互二者。为了方便起见，该Q块种类在本文中被简单地称为“Q块”，而没有任何修饰字母，除非有时特别指出关于捕获或转换Q块40、42的使用，否则这是通常所指代的Q块的种类，即使实际上对在所涉及的上下文中Q块未必需要包括捕获和转换交互功能二者-本领域技术人员将不难识别这样的情况和辨别Q块在其上下文中是需要捕获交互功能还是需要转换交互功能。一个不将关于Q块是捕获还是转换种类更具体化的一个原因是，通常可使用任一种类，只要协作的Q块是另一种类即可(在它们之间的光场的行进方向不是关键的)。
不管种类如何，将使得每个Q块包括用于响应于Xmeas信号45的接收而执行X测量的功能，从而使Q块能够被用在拉长和合并操作中；在结果信号43中提供X测量结果，应当意识到，在Q块具有转换交互功能的场合，X测量功能将一般使用与转换交互功能相关的检测器2。X测量功能对纠缠操作来说当然不是必需的，因此可以从仅用于这些操作的Q块中省略。
可注意到，在节点中有多个Q块的场合，存在共享Q块之间的某些部件的机会(例如，在存在具有捕获交互功能的多个Q块的场合，公共光场发射器可以用于所有的这些Q块)。本领域技术人员将意识到何时这样的部件共享是可能的。
纠缠操作将涉及：具有捕获交互功能的Q块(转换Q块40或通用Q块44)光学地耦合到具有转换交互功能的Q块(转换Q块42或通用Q块44)，由被发送到具有捕获交互功能的Q块的激发信号41发起该纠缠操作，并且在具有转换交互功能的Q块输出的结果信号43中指示操作的成功/失败。
在拉长操作被实施的场合，拉长操作的初始纠缠操作部件将也涉及具有捕获交互功能的Q块和具有转换交互功能的Q块。在所有种类的Q块中提供X测量功能使得能够通过将Xmeas信号发送到实现中间qubit的Q块来实施从纠缠中随后移除该qubit，在由该Q块输出的结果信号43中提供测量结果。
在合并操作被实施的场合，这也将涉及具有捕获交互功能的Q块和具有转换交互功能的Q块。再次，在所有种类的Q块中提供X测量功能使得能够从纠缠中移除在合并操作中涉及的qubit。在由适当的Q块输出的结果信号43中提供测量结果。
图5描绘了使用各自的Q块44实现的图2的LLE创建子系统25。在每个节点21和22中提供了各自的Q块44，这些Q块44通过局部链接光纤23光学地耦合。每个Q块44具有相关的控制逻辑，其由节点21中的LLE控制单元53和节点22中的LLE控制单元54形成。因为图5所示的Q块44是通用种类的，因此没有约束在纠缠创建中涉及的光场沿着局部链接光纤23行进的方向；因此，节点21的Q块44可以充当捕获Q块，而节点22的Q块44可以充当转换Q块，或节点21的Q块44可以充当转换Q块，而节点22的Q块可以充当捕获Q块。
在图5的LLE创建子系统25中，单个Q块44简单地直接耦合到局部链接光纤23。然而，在很多情况下，需要提供在节点中的可控制的光纤以取决于节点的当前的操作要求而适当地引导去向/来自节点的Q块的光场。例如，在节点中存在共享同一外部光纤的多个Q块的场合，光纤可能需要将外发的光场合并到公共光纤上或将进入的光场从光纤引导到选定的Q块；在另一例子中，在量子中继器节点(例如图3A中的节点30)中可能需要光纤来将L侧Q块和R侧Q块从与各自的左局部链接光纤和右局部链接光纤的光学连接以用于LLE创建切换到彼此光学地连接以用于局部合并操作。
因此概括地说，节点的量子物理硬件，即，实现和支持qubit及其通过光场交互的物理元件，不仅包括一个或多个Q块，而且包括Q块被有效地嵌入其中的光纤。例如，图6示出量子中继器节点的这种表示；因此，量子物理硬件60被示出为包括光纤61，其用于引导去向/来自Q块44的光场，而Q块44被示出为存在于光纤61内，同时局部链接光纤62、63直接耦合到光纤。一个L侧Q块和一个R侧Q块以实轮廓线示出，且可能的另外的L侧Q块和R侧Q块由各自的虚轮廓线Q块指示。
如本文使用的，上面描述的一般化量子物理硬件表示的任何实例(例如在图6中关于量子中继器示出的实例)意图包括所涉及的量子物理硬件的所有可能的实现，其适合于所涉及的Q块的数量和种类及其意图的作用。(可以注意，虽然图6将Q块示为Q块44，即，通用种类的Q块，但这仅仅是为了包括所有可能的实现，并且不要求该作用是由量子中继器中的Q块来实现；特定的实现可以使用适合于Q块的作用的其它种类的Q块。在上面描述的一般化量子物理硬件表示中的Q块44的这种使用不限于量子中继器的量子物理硬件的图6的表示)。
根据将由量子物理硬件执行的量子操作，量子物理硬件被布置为接收各种控制信号并且输出结果信号。在图6的情况下，量子物理硬件块60适合于量子中继器，量子物理硬件被布置为接收用于控制纠缠创建操作的“激发控制”和“目标控制”信号64、65，接收用于控制合并操作的“合并”信号67，以及输出指示这些操作的结果的“结果”信号66。信号64-67可以被参数化以指示特定的Q块。如将在下文中将变得明显的，在一些量子中继器实施例中不需要目标控制信号。在图6的量子物理硬件60的一个实现中，激发控制信号64包括以下二者：
-设置信号，用于适当地配置光纤61(如果还没有如此配置的话)以将具有捕获交互功能的一个或多个Q块光学地耦合到局部链接光纤中的一个，以及
-前面提到的“激发”信号，用于触发由具有捕获交互功能的一个或多个Q块进行的光场产生；
以及目标控制信号65包括：
-设置信号，用于适当地配置光纤61(如果还没有如此配置的话)以将具有转换交互功能的Q块光学地耦合到局部链接光纤中的一个。
此外，在这个实现中，合并信号66包括以下二者：
-设置信号，用于适当地配置光纤61(如果还没有如此配置的话)以实施涉及中继器的L侧Q块和R侧Q块的合并操作，
-“激发”信号，用于触发第一合并操作过程，并且
-其中图1C的形式的合并操作被执行，一个或多个Xmeas信号激起形成第二合并操作过程的X测量。
对于意图执行拉长操作的量子物理硬件，也被布置成接收激发控制信号(用于执行拉长操作的纠缠创建部件)并且输出结果信号的该量子物理硬件还被布置成接收用于激起X测量的Xmeas信号，由此完成拉长操作。
节点的光纤可以具有默认配置。例如，在图6的量子物理硬件60只包括一个L侧和一个R侧Q块的场合，光纤61可以被布置成默认为将Q块光学地耦合到局部链接光纤的各自的一个的LLE创建配置。在这种情况下，合并信号66被布置成只在执行合并操作所需的时间内暂时地使两个Q块彼此光学耦合。在例如这样的情况下，目标控制信号65可以被完全省略，并且激发控制信号64只包括被发送到适当的Q块的激发信号。
量子中继器实施例的一般形式
图7示出下文将描述的量子中继器实施例的一般形式。
更具体地，量子中继器70包括上面关于图6描述的形式的量子物理硬件60，该量子物理硬件60包括一个或多个L侧Q块和R侧Q块44，以及经由相应的光接口76L、76R耦合到左局部链接光纤62和右局部链接光纤63的光纤61。如已经指示的，为了方便且没有限制地，LLE创建中涉及的光场将被采用为沿着节点之间的局部链接光纤从左行进到右(除非另外声明)，由此图7的中继器70的R侧Q块在LLE创建期间充当捕获Q块(形成具有在未示出的右邻节点中的L侧Q块的右侧LLE创建子系统71R)，而中继器70的L侧Q块在LLE创建期间充当转换Q块(形成具有在未示出的左邻节点中的R侧Q块的左侧LLE创建子系统71R)。
R侧LLE(“R-LLE”)控制单元73负责产生激发控制信号，其关于LLE创建选择(在适当的场合)并触发R侧Q块的激发。L侧LLE(“L-LLE”)控制单元72负责在适当的场合产生目标控制信号，其用于选择参与LLE创建的L侧Q块：L-LLE控制单元72还布置为从量子物理硬件60接收指示涉及L侧Q块的LLE创建操作的成功/失败的结果信号。
因此，将意识到，右侧LLE创建的发起有效地由中继器70的R-LLE控制单元73控制(因为单元73负责产生用于在创建右侧LLE时涉及的R侧Q块的激发信号)；而左侧LLE创建的发起有效地由左邻节点中的R-LLE控制单元控制。
LLE控制(“LLEC”)经典通信通道74使L-LLE控制单元72与左邻节点的R-LLEC单元相互通信(也就是说，与同一LLE创建子系统71L相关的R-LLE控制单元作为L-LLE控制单元72)；L-LLEC单元72使用LLEC通道74来将LLE创建成功/失败消息(图1中的消息15)传递到左邻节点的R-LLE控制单元。
LLE控制(“LLEC”)经典通信通道75使R-LLE控制单元73与右邻节点的L-LLE单元相互通信(也就是说，与同一LLE创建子系统71R相关的L-LLE控制单元作为R-LLE控制单元73)；R-LLE控制单元73通过LLEC通道75从右邻节点的L-LLE控制单元接收LLE创建成功/失败消息(图1中的消息15)。
在LLEC通道74、75上的消息在本文被称为“LLEC”消息。
将认识到，在LLE创建中涉及的光场被布置为沿着节点之间的局部链接光纤从右向左行进(而不是从左向右)，L侧LLE控制单元72和R侧LLE控制单元73的作用反转。
合并控制(MC)单元77负责产生合并信号，其在适当的场合选择将被合并的局部Q块，并触发其合并。MC单元77还被布置为从量子物理硬件60接收指示合并操作的成功/失败和宇称性的结果信号。
合并控制(MC)经典通信通道78、79使MC单元77与其左邻节点和右邻节点的相应单元相互通信，以使得能够进行宇称性信息以及如果需要的话，涉及合并操作的成功/失败信息的传递。在MC通道78、79上的消息在本文被称为“MC”消息。
LLEC通信通道74、75和MC通信通道78、79可以通过任何适当的高速通信连接(例如无线电)来提供，但优选地承载为光纤上的光信号。更具体地，LLEC通信通道74、75和MC通信通道78、79可以通过各自的专用光纤被传送或多路复用到同一光纤上(其可以是用于光学耦合邻节点中的Q块的局部链接的光纤-例如，MC通信通道可以被实现为先驱信号79的强度调制，特别是在这个通道上只有宇称性信息被发送的场合)。更一般地，LLEC和MC通信通道可以合并成单个双工经典通信通道。
在下文描述的实施例中，LLEC通信通道74、75由局部链接光纤承载，而MC通信通道78、79由不同于用于局部链接的光纤承载。将意识到，通道和光纤的这种布置只是示例性的，且可以替换地使用其它布置。
可以注意，由量子中继器的链链接的端节点将分别包含用于与邻量子中继器的相对侧(L或R)互相协作的功能。因此，左端节点将包括与量子中继器的R侧的功能类似的功能，从而使左端节点能够与邻中继器的L侧互相协作，且右端节点将包括与量子中继器的L侧的功能类似的功能，从而使右端节点能够与邻中继器的R侧互相协作。
在下面描述的实施例中，关于纠缠宇称性，不是由qubit状态反转标准化的纠缠的宇称性，在每个量子中继器处，LLE宇称性信息被存储并随后与合并宇称性信息组合，用于累积地传递到端节点，从而使后者能够确定端到端纠缠的宇称性。
在量子中继器实施例的以下描述中，与在图7的一般图示中所使用附图标记相同的附图标记用于主要中继器部件，应当理解，这些部件的特定实现通常将不同。
“准异步”量子中继器实施例
下面描述的量子中继器实施例，特别是图10所示的量子中继器，基于“准异步”操作以在节点链的左端节点和右端节点中的qubit之间建立端到端(E2E)纠缠，其中，该节点链的中间节点是量子中继器。基于“准异步”构建E2E纠缠涉及沿着节点链从一个端节点传播的周期触发信号，从而使沿着链的每个中继器能够执行操作的一个顶级周期，其中它在中继器的左qubit和右qubit已知是或被预期是分别向左和向右纠缠时发起局部合并操作。一般，每个中继器负责响应于接收到周期触发信号或独立于其发起右侧LLE的创建。在适当地时候，每个中继器将实施单个合并，并且这会导致E2E纠缠被创建，整个过程构成E2E操作周期。中继器在E2E操作周期中执行其各自的合并操作的顺序未必与中继器接收周期触发信号的顺序相同，但将取决于很多因素，尤其是节点之间的间距。此外，可以通过发送出另外的周期触发信号来发起E2E操作周期。虽然任一中继器的顶级操作周期不重叠，但是E2E操作周期可能重叠。
周期触发信号由每个中继器发送出，而不等待要在中继器处被执行的所启用的局部合并操作。一般，周期触发信号由中继器发送出，而基本上没有延迟；然而，无论由于什么原因，短延迟的引入是可能的，并且虽然不影响用于创建E2E纠缠的一般过程，但是这样的延迟可能改变中继器在E2E操作周期中相对于彼此执行其合并操作的顺序。
使用与图3相同的符号的图8示出五个不规则地间隔开的光学耦合节点链的两个连续的E2E操作周期Φ，其中该节点链包括左端节点81L和右端节点81R以及三个量子中继器80(QR2，QR3，QR4)；为了清楚起见省略了耦合节点的光纤。两个E2E操作周期分别被标记为Φi和Φi+1，每个操作周期在t0的周期相对时间处开始。在图8的说明性示例中，发送出周期触发信号是左端节点81L，且每个节点在它接收到周期触发信号时传播该信号并且发起右LLE的创建。在本示例中，由邻节点并且在邻节点之间形成的LLE创建子系统是“可靠的”，也就是说，在每次触发时，有成功地创建LLE的高概率(在下文中关于图21描述使用不可靠的LLE创建子系统的“准异步”操作)。
考虑到在E2E操作周期Φi中发生的事，当周期触发信号沿着节点链传播(由粗体点线82指示)时，它触发节点81L、QR2、QR3和QR4分别在时刻t0、t1、t2和t4发起右LLE创建；相应的LLE 83、84、85和86分别在时刻t1、t2、t4、和t5形成(也就是说，与周期触发器到达锚定每个LLE的下游的节点相同的时间-这是因为周期触发信号和参与LLE创建的光场基本上同时在相同的节点之间传递，并且LLE创建是可靠的)。虽然从周期触发信号被接收到时起QR2、QR3和QR4变得知道或假定左LLE存在，但是直到分别地时刻t3、t7和t6它们才被通知右LLE创建，并且实施其局部合并操作。因此，在时刻t3，中继器QR2实施其合并(由图8中的带圈“M1”指示)以形成扩展纠缠87，在时刻t6，中继器QR4实施其合并(由带圈“M2”指示)以形成扩展纠缠88，并且最后在时刻t7，中继器QR3实施其合并(由带圈“M3”指示)以将扩展纠缠87和88组合成E2E纠缠89。
如可看到的，中继器执行其各自的合并操作的顺序不同于沿着链的中继器的顺序。
虽然第二E2E操作周期Φi+1在图8中被示为在第一周期完成(如通过E2E纠缠89的创建来判断)之后开始，但是事实上，可能使周期重叠，如箭头800所示的，重叠的程度使得避免单独的中继器操作周期加上安全余量λ的重叠。在图8的示例中，中继器QR3具有最长的操作周期(它等待最长以知道右LLE创建是成功的，即，在时间段t2-t7内)；第二E2E操作周期Φi+1的开始因此被布置为出现相对于第一E2E操作周期Φi的开始的((t7-t2)+λ)的时延。
中继器QR2、QR3和QR4的适当形式是下面参考图10描述的量子中继器实施例的形式，这个实施例包括用于形成具有邻节点的“可靠”LLE创建子系统的部件。在继续进行图10的量子中继器实施例的描述之前，首先描述“可靠”LLE创建子系统的适当形式是方便的。当然，具有用于多个激发的足够长的操作周期和/或有利的操作条件(例如，节点之间的短距离)，甚至例如图5描述的简单的LLE创建子系统(或那种形式的多个并行的子系统)能够以高的概率创建LLE。然而，对于多公里节点间距离和10-6秒的数量级的操作周期，图5所示的简单LLE创建子系统不可能是足够的，而现在参考图9描述的LLE创建子系统提供高得多的可靠性。
“射击队”LLE创建子系统
图9示出在由局部链接光纤95光学耦合的两个节点91和92之间形成的LLE创建子系统90的“射击队”(firing squad)形式。
节点91包括LLE控制单元910和由具有捕获交互功能的f个Q块93(具有相应的ID 1到f)形成的量子物理硬件、以及光学合并单元96。Q块93(在本文是“燧发枪手”(fusilier)Q块)共同形成“射击队”97。节点92包括LLE控制单元920和由具有转换交互功能的单个Q块94形成的量子物理硬件。节点91的“射击队”97的“燧发枪手”Q块93通过光学合并单元96和局部链接光纤95光学耦合到节点92的单个目标Q块94。因此，如可看到的，射击队97的所有Q块93目的是在同一目标Q块94处激发。
当节点91的LLE控制单元910将激发信号输出到其量子物理硬件以触发LLE创建尝试时，射击队97的燧发枪手Q块93被顺序地激发，并且所发出的光场穿过合并单元96并传递到光纤95上，作为光场串98。可以注意，在燧发枪手Q块ID和光场在串中出现的顺序之间将存在顺序地已知的关系。不是在每个光场之前都有其自己的先驱，而是优选地单个先驱99在光场串98之前以向目标Q块94警告串98的即将到来，该先驱99由发射器990响应于激发信号并在燧发枪手Q块93的激发之前产生。
当每个光场顺次到达节点92的目标Q块94时，目标Q块的快门暂时打开以允许光场穿过目标Q块的qubit，以可能地与qubit交互，光场在下文中被测量以确定纠缠是否已经被创建。如果没有纠缠被创建，则目标Q块94的qubit被重置，且快门在适合于让串98的下一光场通过的时刻被再次打开。然而，如果已经经由链98的光场的通过而创建了纠缠，则目标Q块的快门保持关闭，且没有来自串98的更多的光场被允许与目标Q块94的qubit交互。依赖于Q块快门的控制的测量结果在是与目标Q块94相关的LLE控制单元920的逻辑部分，虽然实际上该控制可以由与量子物理硬件集成的低级控制元件最好地执行。
将意识到，在串98中的光场的间隔应当使得在下一光场到达之前，允许足够的时间来进行关于光场是否已经成功地使目标qubit纠缠的确定，重置目标qubit以及打开Q块快门。
事实上，不是使用显式快门来防止与在负责纠缠目标qubit的光场后面的光场的目标qubit的破坏性交互，而是可以通过在纠缠之后立即将qubit状态从电子自旋转换到原子核自旋来达到相同的效果，由此随后的光场的穿过不会扰乱所捕获的纠缠状态(已经使目标qubit对光场交互稳定化)。提供快门以排除在纠缠之前输入的外来的光仍然是适合的，但是因为直到检测到先驱时qubit才被设置进入准备好的状态，因此通常可以省略这样的快门。
LLE控制单元920还负责识别串的哪个光场成功地纠缠Q块94的目标qubit，从而允许识别与目标Q块qubit纠缠的燧发枪手Q块93(并且因此qubit)(如已经提到的，在燧发枪手Q块ID和光场在串中出现的顺序之间存在已知的关系)。例如，被允许进入到目标Q块的光场可以简单地被计数，并且这个数字以消息930的“成功”形式由LLE控制单元920传递回节点91，节点91的LLE控制单元910在将成功的燧发枪手Q块93的ID号存储到寄存器195中以用于以后的参考之前，执行该计数数字到成功的燧发枪手Q块93的ID号的任何所需的转换(可选地，燧发枪手ID可以被立即传递)。当然，如果串98的光场没有一个成功地创建纠缠，则消息930的“失败”形式被返回并且相应的指示存储在寄存器195中。
关于与目标qubit的成功纠缠有关的测量结果中包含的宇称性信息，该宇称性信息被传递到控制单元920，控制单元920可以存储它用于以后的使用(例如在寄存器196中)或在消息930中将它传递到例如节点91。
不是连续地激发节点91的燧发枪手Q块93以产生光场串98，而是可以通过一起激发它们但使用不同长度的光纤来将每个燧发枪手Q块连接到光学合并单元96来实现等价的结果，从而带来不同的延迟并且创建光场串98。
优选地选择射击队97中的燧发枪手Q块93的数量以给出在射击队的每次激发时成功地纠缠目标Q块94的非常高的概率，例如99％或更大。更具体地，如果使用单个燧发枪手Q块的单次激发成功地创建纠缠的概率是s，则f个燧发枪手Q块的射击队的成功概率将是：
射击队成功概率＝1-(1-s)f
由此对于s＝0.25，16个燧发枪手Q块将给出99％的成功率，而32个燧发枪手Q块将给出99.99％的成功率。一般，将使用单次激发(即，单个光场串)成功地纠缠目标qubit的期望概率Psuccess开始，并接着根据下列不等式确定燧发枪手qubit的所需数量f：
Psuccess≤1-(1-s)f
在串98中的相邻光场之间的时间间隔有利地被保持为与提供足够的时间来测量前面的光场、重置目标qubit，并且在后面的光场到达之前打开其快门相一致的尽可能的小。例如，光场间隔开1-10纳秒。
将意识到，使用图9形式的LLE创建子系统90，因为只有一个目标Q块94，因此射击队97实际上不能被再次触发，直到整个子系统通过最近创建的纠缠被消耗或超时(或者其他方式停止使用)而被释放。在射击队97的触发之间的最小时间因此是在节点之间的往返时间(也就是说，光串98到达节点92以及消息930返回到节点91的最小时间)加上用于消耗纠缠的时间(例如，在合并操作中)。
第一“准异步”量子中继器实施例(图10)
现在将参考图10描述第一“同步”量子中继器实施例，应当理解，量子中继器在要创建E2E纠缠的左端节点和右端节点之间的N个节点的链(例如图8所述的，N＝5)中的中间节点的上下文中操作。
图10的量子中继器的一般形式相应于图7所示的量子中继器，并包括：量子物理硬件60；经由光接口76L、76R连接的左局部链接光纤62和右局部链接光纤63；L侧LLE控制单元72和R侧LLE控制单元73和合并控制单元77。
量子物理硬件60(以关于图6解释的一般方式描述的)包括：
形成左LLE创建子系统71L的部分的L侧(左侧)目标Q块94；
形成右LLE创建子系统71R的射击队97的多个R侧燧发枪手Q块93；以及
耦合到左局部链接光纤62和右局部链接光纤63的光纤61。
左LLE创建子系统71L和右LLE创建子系统71R基本上具有在图9所示的LLE创建子系统的形式。如在图11中用图形描绘的，左LLE创建子系统71L包括：
(a)在中继器100中，量子物理硬件60的上述L侧元件(具体而言，在图11中由在内部具有字母“Tg”的框描绘的目标Q块94)以及具有宇称性寄存器196的左LLE(L-LLE)控制单元72；
(b)左局部链接光纤62；以及
(c)在左邻节点110L中，燧发枪手Q块93的射击队(在图11中由在内部具有字母“FS”的框描绘)及其相关的光纤和LLE控制单元。
右LLE创建子系统71R包括：
(a)在中继器100中，量子物理硬件60的上述R侧元件(具体而言，在图11中被描绘为框“FS”的射击队97)以及具有燧发枪手ID寄存器195的右LLE(R-LLE)控制单元73；
(b)右局部链接光纤63；以及
(c)在右邻节点110R中，目标Q块(框“Tg”)及其相关的光纤和LLE控制单元。
使用互补射击队和图9的LLE创建子系统90的目标部分的该布置，多个量子中继器100可串联地光学耦合，以便形成在每对邻中继器之间的一个LLE创建子系统，如在图12中对量子中继器j-1，j，j+1所示的(量子中继器j与其左邻中继器j-1形成LLE创建子系统71L并且与其右邻中继器j+1形成LLE创建子系统71R)。
也分别将L侧Q块94和R侧Q块93耦合到左局部链接光纤62和右局部链接光纤63以用于LLE创建的量子中继器100的光纤61还提供L侧目标Q块94到R侧燧发枪手Q块93的选定的一个的选择性的光学耦合，以用于对这些Q块的qubit实施局部合并操作的目的。
在LLE操作期间，量子物理硬件60从R-LLE控制单元73接收用于控制R侧元件(具体而言，射击队97的触发)的激发控制信号，并将结果信号(成功/失败；宇称性；燧发枪手识别信息)从L侧目标Q块94输出到L-LLE控制单元72。对于局部合并操作，量子物理硬件60从合并控制单元77接收合并控制信号(这些信号选择要参与合并的燧发枪手Q块93，并且本身触发合并)，并将关于合并操作的结果的结果信号(成功/失败；宇称性)输出回到单元77。
图13A和13B根据Q块93和94的性质示出光纤61的两个可能的实现。
图13A的光纤实现可适用于燧发枪手和目标Q块93、94是通用Q块44(参考图4)的情况。在这种情况下，左局部链接光纤62直接与目标通用Q块94的光学输入连接，并且这个通用Q块的光学输出被光学地耦合到中间光纤131。有源光学开关132使中间光纤131与燧发枪手通用Q块93的输入连接，而无源光学合并单元133将燧发枪手Q块93的输出放置到右局部链接光纤63上。在LLE创建操作期间，针对转换交互设置目标Q块94，并且通过左链接光纤62进来的光场被送入到目标Q块；针对捕获交互设置燧发枪手Q块93，并且光学合并单元133将燧发枪手Q块93耦合到右局部链接光纤63。对于合并操作，针对捕获交互设置目标Q块94，并且针对转换交互设置在合并中涉及的燧发枪手Q块(所涉及的燧发枪手Q块将在被送入到量子物理硬件60的合并设置信号中被指示)；光学开关132也由合并设置信号设置，以将目标Q块94光学地耦合到在合并中涉及的燧发枪手Q块93。
图13B的光纤实现可适用于目标Q块94是转换Q块42(参考图4)而燧发枪手93是捕获Q块40的情况。在这种情况下，无源光学合并单元135将燧发枪手捕获Q块94的输出放置到单个光纤上，该光纤然后由有源光学开关136切换到右局部链接光纤63或环回光纤137。无源光学合并单元134面对目标转换Q块93，光学合并单元134在其输入侧上耦合到左局部链接光纤62和环回光纤137。对于LLE创建操作，光学开关135被设置用于将由燧发枪手捕获Q块93输出的光场送入到右局部链接光纤63。对于合并操作，光学开关135被设置用于将由燧发枪手捕获Q块93的选定的一个输出的光场送入到环回光纤137(所涉及的Q块将在被送入到量子物理硬件60的合并设置信号中被指示)。
返回到图10的考虑，与LLE创建子系统71L的L侧目标Q块94相关的左LLE控制单元72经由左LLEC通道74与同一LLE创建子系统的射击队相关的LLE控制单元(这个控制单元在左邻节点中)通信。在本示例性实施例中，左LLEC通道74经由光学接口76L被施加在左局部链接光纤62上，并且用于将LLE创建“成功/失败”消息(图9的消息930，在适当时包括燧发枪手ID)从L-LLE控制单元72传递到左邻节点的LLE控制单元。
类似地，与LLE创建子系统71R的射击队97的R侧燧发枪手Q块93相关的右LLE控制单元73经由右LLEC通道75与同一LLE创建子系统的目标相关的LLE控制单元(这个控制单元在右邻节点中)通信。右LLEC通道75经由光接口76R被施加在右局部链接光纤63上，并且用于将LLE创建“成功/失败”消息(图9的消息930，在适当时具有燧发枪手ID)从右邻节点的LLE控制单元传递到R-LLE控制单元73。
合并控制由合并控制(MC)单元77施行，并且该合并控制单元也与量子物理硬件连接以发起合并操作并接收回结果信号，该合并控制(MC)单元77被布置为与L-LLE控制单元72和R-LLE控制单元73交换各种信号，并且通过在MC通道78、79上发送的消息与其它节点的合并控制单元通信，其中，MC通道78、79在这里由通过各自的接口101、102耦合到MC单元77的左光纤和右光纤承载。使用本实施例，纠缠客户应用的责任是检测任何失败以创建E2E纠缠；相应地，不需要在MC通道上发送合并成功/失败消息。在本实施例中MC通道的主要作用是仅仅携带关于各个E2E操作周期Φ的累积宇称性消息。
关于在中继器节点之间传播以触发操作的周期的周期触发信号，可以通过在节点之间的任何适当的通道发送该信号。然而，因为在本实施例中，每个中继器顶级操作周期以中继器100的射击队97被触发来向着其右侧邻节点激发前面有先驱99的光场串98(见图9)开始，使用先驱99作为周期触发信号是方便的。因此，当在中继器的左LLE创建子系统71L的目标端处接收先驱99时，它被提取并通过线109传递到MC单元77以触发操作的周期(下面描述)，这个周期以中继器的右LLE创建子系统71R的射击队97的触发开始，从而当先驱99由这个子系统发送出时在周期触发器上传播。
接着将通过控制状态机105的示例性实现描述MC控制单元77的操作的周期，图14示出这个状态机的状态转换图。在这个状态转换图中，用粗边圆表示状态，用箭头弧表示状态转换、用带圈的“E”指示触发状态转换的事件，并且用相关联的方括号图例指示所涉及的事件的性质，以及用放置在相关状态转换弧上的矩形框来指示当由事件触发状态转换时所采取的动作。
在完成前面的操作周期之后并且在接收到下一周期触发信号(先驱99)之前，状态机105驻留在挂起状态141中。在适当的时候，周期触发信号被接收，使得状态机转换到“左纠缠”状态142(见弧线143)，假定左LLE预期现在存在(或即将如此)，因为周期触发器指示左LLE创建子系统71L已经被操作。在转换到状态142时，状态机105触发(经由R-LLE控制单元73)右LLE创建子系统71R的射击队97的激发；此外，状态机105使得关于中继器的在先操作周期的累积宇称性消息在MC通道79上的向右传输(这将在下文中被更充分地描述)。
在适当的时候，R-LLE控制单元73接收成功的燧发枪手ID的指示或关于所尝试的右LLE创建的失败指示。所接收的指示被传递到MC单元77并使状态机转换回其挂起状态141。如果所接收的指示是成功的燧发枪手ID的指示，则到状态141的转换是经由弧线144，导致在左侧目标qubit和所识别的右侧燧发枪手qubit之间的局部合并操作的指示。然而，如果所接收的指示是失败的指示，则到状态141的转换是经由弧线145，导致合并发起被跳过。
从挂起状态141到左纠缠状态142并且再次返回的转换的上述周期140定义量子中继器100的顶级操作周期，周期的一次执行导致至多一个合并操作被实施。
除了由状态机105表示的控制功能以外，MC单元77包括用于处理宇称性信息的功能。更具体地，在每个局部合并操作之后，MC单元从量子物理硬件60接收合并宇称性信息。这个合并宇称性信息在被存储到宇称性存储器104之前首先通过异或操作(图10中的功能框103)与从寄存器196获得的L侧LLE宇称性信息组合。当在下一顶级中继器操作周期期间转换到在弧线143上的状态142时，存储在宇称性存储器104中的这个局部宇称性信息通过异或功能107合并到从左邻节点接收的MC消息中的累积宇称性信息中；新的累积宇称性信息然后在MC消息中被发送到右邻节点。应当注意，宇称性信息的每个项的两个宇称性比特由上面提到的异或功能独立地处理。
现在对具有图10形式(且因此标记为100)的中继器QR2、QR3、QR4的情况，将更详细地描述图8的节点链在单个E2E操作周期的过程中的操作；将参考图15给出这个描述，图15是图8的E2E操作周期Φi的描述的扩大(时间轴扩大两倍)。在图15中使用与图8中的相同的附图标记83-89，以指代在周期Φi的过程中创建的各种纠缠。在图8中由粗体点线箭头82表示的周期触发的传播在图15中由四个点线箭头151-154表示，以分别对应于依次由节点81L、QR2、QR3、QR4发送出的先驱99。在图15中最新示出的是由节点QR2、QR3、QR4和81R的L-LLE控制单元73发送到其左邻节点的返回消息，其提供成功的燧发枪手ID或LLE创建失败的指示；从节点QR2、QR3、QR4和81R发送的这些返回消息分别由虚线箭头155、156、157和158表示。
周期Φi如下进行：
在时刻t0-左端节点81L通过发起右LLE的创建而开始新周期，从而也向QR2发送出周期触发(点线箭头151)。
在时刻t1-来自节点81L的周期触发信号到达中继器节点QR2，且LLE83在左端节点81L和节点QR2之间成功地创建；QR2假设或知道此时LLE83的存在。QR2发起右LLE的创建，从而也向QR3发送出周期触发(点线箭头152)。此外，QR2向节点81L发送关于LLE 83的创建的消息(虚线箭头155)。
在时刻t2-来自中继器节点QR2的周期触发信号到达中继器节点QR3，并且LLE 84在中继器节点QR2和QR3之间成功地创建；虽然QR3假设或知道此时LLE 84的存在，但是QR2还不知道。QR3发起右LLE的创建，从而也向QR4发送出周期触发(点线箭头153)。此外，QR3向节点QR2发送关于LLE 84的创建的消息(虚线箭头156)。
在时刻t3-中继器节点QR2被通知右LLE 84的存在，因此知道它可以实施它继续完成的局部合并(带圈“M1”)，从而组合LLE 83、84以形成扩展的纠缠87。
在时刻t4-来自中继器节点QR3的周期触发信号到达中继器节点QR4，并且LLE 85在中继器节点QR3和QR4之间成功地创建；虽然QR4假设或知道此时LLE 85的存在，但是QR3还不知道。QR4发起右LLE的创建，从而也向端节点81R发送出周期触发(点线箭头154)。此外，QR4向节点QR3发送关于LLE 85的创建的消息(虚线箭头157)。
在时刻t5-来自中继器节点QR4的周期触发信号到达右端节点81R，并且LLE 86在中继器节点QR3和端节点81R之间成功地创建；虽然端节点81R假设或知道此时LLE 86的存在，但是QR4还不知道。端节点81R向节点QR4发送关于LLE 86的创建的消息(虚线箭头158)。
在时刻t6-中继器节点QR4被通知右LLE 86的存在，并且因此知道它可以实施它继续完成的局部合并(带圈“M2”)，从而组合LLE 85、86以形成扩展的纠缠88。
在时刻t7-中继器节点QR3被通知右LLE 85的存在，并且因此知道它可以实施它继续完成的局部合并(带圈“M3”)，从而组合扩展纠缠87、88以形成E2E纠缠89。
至于累积宇称性信息，该信息在实质上与周期触发信号协调地传播的左到右MC消息中沿着节点链传递；在每个这样的消息中的累积宇称性信息与在先的E2E操作周期而不是当前正被执行的周期有关。如已经指示的，MC通道可由先驱99的强度调制承载，并且在这种情况下，先驱不仅提供其基本警告目的，而且还充当用于当前E2E操作周期的周期触发信号和用于在先的E2E操作周期的累积宇称性信息的载体。因为MC通道只在图10的实施例中用于传送累积宇称性消息，因此使用先驱来承载这些消息意味着纠缠光场和所有信令通过局部链接光纤被承载，而不需要其它光纤。
关于在其间创建E2E纠缠的左端节点和右端节点，这些节点虽然本身不是量子中继器，但是它们当然包括用于完成涉及其各自的邻量子中继器的LLE创建子系统的功能，以及用于发送/接收MC累积宇称性消息的功能。在射击队97沿着节点链从左到右激发的本示例中，左端节点也通过发送出周期触发信号(在本示例中通过触发其射击队97)来以规则的间隔发起E2E操作周期。
左端节点和右端节点还提供另一功能，即，在每个E2E操作周期的结束时释放在其间已经形成E2E的被纠缠的端节点LLE创建子系统qubit。这是通过给每个节点提供包括多个Q块的输出缓冲器并且将每个最新创建的E2E纠缠移动横跨到通过挂起由与端结点相关的客户应用进行的其消耗的缓冲器的qubit中来完成的。当然，在客户应用被布置成在E2E纠缠在每个操作周期的结束时变得可用时消耗它们并且如果没有及时消耗这些纠缠的话能够容忍这些纠缠的损失的情况中，可以不需要这种缓冲。
图16和17分别描绘右和左端节点的示例性实现160和170。
图16所示的右端节点160包括：
-目标Q块94和与左邻量子中继器节点162形成的LLE创建子系统161的相关LLE控制单元920；
-被布置为接收周期触发信号以使它能够跟踪E2E周期的高级右端节点(REN)控制单元163；该控制单元163与MC通道光纤连接并且接收MC累积宇称性消息；
-包括多个Q块166的输出缓冲器165，扎根在目标Q块94中的纠缠的端部可移动到多个Q块166的选定的一个中(这在相关操作周期结束时在REN控制单元163的控制下完成)。
右端节点160也与局部E2E纠缠客户应用164(示为虚线)连接。
图16示出使用光学合并单元167来将缓冲器Q块166耦合到目标Q块94的特定的光纤实现。缓冲器Q块166具有捕获交互功能，并且目标Q块94已经拥有所需的转换交互能力。为了将E2E纠缠的右端根部从目标Q块94转换到特定的缓冲器Q块166，后者首先通过纠缠操作与目标Q块94纠缠；这通过选择性地对与所涉及的缓冲器Q块166相关的发射器赋能(在REN控制单元163的控制下)来实施，从而使光场在由光学合并单元167引导到目标Q块94之前横穿该Q块的qubit(如由箭头168所总体指示的)。其后，通过X测量操作从纠缠中移除目标Q块94。因为这些操作在短距离上被执行，因此成功的概率高。
REN控制单元163负责保持跟踪哪些缓冲器Q块166当前被纠缠，并且还正确地使在MC消息中接收的累积宇称性信息与相关的缓冲器Q块166相关。
图17所示的左端节点170包括：
-具有燧发枪手Q块93的射击队97，以及与右邻量子中继器节点172形成的LLE创建子系统171的相关LLE控制单元910；
-包括主时钟(未单独地示出)的高级左端节点(LEN)控制单元173，用于以有规则的间隔触发射击队；控制单元与MC通道光纤连接，并且在每个E2E操作周期开始时发送出累积宇称性消息(这个消息将只包括关于右LLE的宇称性信息，因为端节点不执行局部合并)；
-包括m个Q块176的输出缓冲器175，扎根在燧发枪手Q块93中的纠缠的端部可以移动到多个Q块176的选定的一个中(这在每个E2E操作周期结束时在LEN控制单元173的控制下完成)。
右端节点170还与局部E2E纠缠客户应用174(示为虚线)连接。
图17示出用于将燧发枪手Q块93中的选定的一个耦合到特定的缓冲器Q块176的特定的光纤实现。所描述的光纤实现避免fxm光学开关的使用，光学开关否则将需要使f个燧发枪手Q块93与输出缓冲器175的m个Q块连接，这通过提供中间Q块177来实现。
更具体地，在图17的实现中，f个燧发枪手Q块93通过光学合并单元179和局部链接光纤1710光学地耦合到中继器节点链。燧发枪手Q块93和缓冲器Q块176都具有捕获交互功能，而中间Q块177具有转换交互能力。1x2光学开关1700使得光学合并单元179的输出能够在局部链接光纤1710和送入光学合并单元178的输入的环回光纤1720之间切换；缓冲器Q块的输出也作为输入耦合到光学合并单元178。光学合并单元178的输出耦合到中间Q块177。这个布置允许燧发枪手Q块93的选择性地激发的任一个或输出-缓冲器Q块176的选择性地激发的任一个耦合到中间Q块177。作为结果，在燧发枪手Q块93的一个中锚定的E2E纠缠的左端可以跨越移动到中间Q块177，并且从那里移动到输出-缓冲器Q块176的选定的一个中，这两个移动都通过拉长操作(见图1B)实施；可替换地，选定的输出-缓冲器Q块176可以首先与中间Q块177纠缠，并且然后在后者和锚定E2E纠缠的燧发枪手Q块93之间实施合并操作。
LEN控制单元173负责控制在将E2E纠缠转换到缓冲器175中所涉及的燧发枪手Q块和缓冲器Q块的选择，以及保持跟踪哪些缓冲器Q块176当前被纠缠。
将意识到，不同的光纤实现对于图16和17中示出的左端节点和右端节点是可能的；例如，为了反转在右端节点中的光场行进方向168，有源光学开关可以用于将目标Q块94光学地耦合到选定的缓冲器Q块166(在这种情况下，目标Q块94将需要捕获交互能力，而缓冲器Q块166将需要转换交互能力)。
将进一步意识到，与将E2E纠缠移动到缓冲器Q块中的操作相关的将是一个或多个宇称性测量。如果所测量的宇称性是偶，则不需要进一步的动作，因为E2E纠缠的宇称性未改变；然而，如果所测量的宇称性是奇，则保持E2E纠缠相同，所涉及的缓冲器qubit反转。
除了上面已经间接提到的修改以外，还可对图10的量子中继器实施例进行各种修改。例如：
右到左LLE创建。如已经指示的，术语“左”和“右”仅仅是用于沿着节点链的相对方向的方便标记。也可以同样在周期触发信号和光场串98方面描述图10的实施例，该光场串98在LLE创建子系统中从右传递到左(在这种情况下，对于LLE创建，中继器L侧包括燧发枪手Q块，而中继器R侧是目标Q块)。这不仅在也从右到左反转的周期触发信号的传播方向的情况下是可行的，而且在保持从左到右传播的周期触发信号的情况下也是可行的(虽然显然先驱99可以不用作周期触发信号)；然而，在这后一情况下，在接收到周期触发信号之后，每个中继器在它能够执行合并操作之前必须等待到其两个邻居的最长的往返时间。
将LLE宇称性信息传递到LLE创建子系统的射击队端。不是在每个LLE创建子系统的目标端处的LLE控制单元920的寄存器196中保存LLE宇称性信息，该宇称性信息可以在消息930中传递到在LLE创建子系统的射击队端处的LLE控制单元910以用于存储在寄存器195中。在同一周期中的合并操作之后，然后将对该宇称性信息与合并宇称性信息进行异或以用于存储在宇称性存储器104中。
互补中继器的变型。具有两个互补变型的量子中继器的混合形式是可能的，其中在LLE创建期间光场串98的行进方向对于中继器的左侧和右侧是相反的。因此，如图18所示，在该混合中继器的一种变型180中，光场串98由中继器变型180的左侧和右侧射击队97产生，并且在分别地穿过L和R燧发枪手Q块之后，通过左局部链接光纤和右局部链接光纤发送到左邻节点和右邻节点；在该混合中继器的另一变型185中，光场串98由中继器变型185的左侧和右侧分别通过左局部链接光纤和右局部链接光纤从左邻节点和右邻节点接收，分别穿过L和R目标Q块94，并且然后被测量。将意识到，在前述混合形式的量子中继器链中，需要使两种变型的中继器180、185交替，以便创建LLE创建子系统。还将意识到，周期触发最好独立于先驱99实现，以及中继器变型185在它能够执行合并操作之前必须等待到其两个邻居的最长的往返时间。
还能以增加成功的E2E纠缠创建的比率为目的进行修改。在下面标识出若干这样的修改(应当理解，这些修改可以单独或组合地使用以增加E2E纠缠创建的比率)：
提高LLE创建成功率。下面参考图19描述这个性质的示例性修改。
自由运行LLE创建。这一点在图19的修改的描述之后进行描述，因为该修改在提供自由运行LLE创建时被有用地使用。
节点链段的并行操作。下面参考图20描述这个性质的示例性修改。
提高LLE创建成功率(图19)
图19示出图9的LLE创建子系统90的修改形式，其中提供了多于一个的目标Q块94。更具体地，在图19的LLE创建子系统190中，在节点91中的量子物理硬件(射击队97和光学合并单元96)的基本布置与图9的子系统的相同；然而，如将在下面解释的，图19的子系统的LLE控制单元191在某些方面与图9的控制单元910的确不同。在图9和图19的子系统之间的主要差异将在节点92中找到，其中量子物理硬件现在包括具有各自的ID 1到p的多个(总共p个)目标Q块94，以及用于将通过局部链接95接收的光场引导到目标Q块94的选定一个的光学开关193。光学开关193由节点92的LLE控制单元192控制，以使得所有进入的光场由光学开关193引导到同一目标Q块94，直到成功的纠缠被创建为止，其中，光学开关193被切换以将进入的光场传递到新的可用(未纠缠)的目标Q块94。光学开关因此有效地执行遮蔽纠缠的目标qubit而免受随后的光场从而防止这些光场与该qubit的交互的作用。每个成功的纠缠在“成功”消息930中被报告给节点91，消息930现在(除了允许标识所涉及的燧发枪手Q块93的信息和可能的宇称性信息以外)还可以包括所涉及的目标Q块94的ID。
当然，控制单元192必须跟踪每个目标Q块94的可用性状态，因为控制单元192被分配确保光学开关193只将进入的光场传递到具有未纠缠的qubit的目标Q块的任务。该可用性状态可以容易地由使用被布置用于存储每个目标Q块94的各自的条目的状态寄存器196的控制单元192跟踪。每个寄存器条目不仅记录相应的目标Q块的可用性，而且还用于在Q块不可用的情况下(因为它的qubit与燧发枪手Q块的qubit纠缠)记录有关的宇称性信息，除非其替代地被传递回到节点91。
操作节点92以这种方式确保由射击队97激发的光场的有效使用，因为它们都用于尝试纠缠创建。
节点91的控制单元191还包括状态寄存器195，这个寄存器被布置成存储每个燧发枪手Q块93的各自的条目。每个寄存器条目记录相应的燧发枪手Q块93的可用性；燧发枪手Q块在其qubit与目标Q块94的qubit纠缠(如由消息930所指示的)时和在所涉及的纠缠被用尽时之间是“不可用的”。(当然，所有的燧发枪手Q块94在射击队被触发时和消息从节点92被接收回时之间的往返时间内是实际上“不可用的”，因为它不知道是否任何特定的燧发枪手Q块是或即将变得在纠缠中被涉及；然而，这样的“不可用性”可以被忽略，因为任何特定的燧发枪手Q块是否变得纠缠在射击队97的下次激发之前将是已知的。寄存器195的每个条目也用于在相应的Q块93由于其qubit被纠缠而不可用的情况下记录宇称性信息，其中已经在相关消息930中提供了这样的信息。
在多个LLE由射击队97的单次触发创建的场合，除了在同一操作周期中被实施的合并操作中使用的一个LLE之外的创建的一个LLE一个或多个LLE可以用于多种使用。因此，这些额外的LLE的一个、一些或全部可保持在队列中备用(储备)，所以在如果LLE创建子系统190未能在接下来的操作周期中创建任何LLE时可以立即是可用的，以变成将在该周期中被合并的LLE。这当然需要相关的Q块93、94对于参与LLE创建保持不可用，这可容易通过参考状态寄存器195、196来实现。此外，共享储备的LLE的节点必须以相同的顺序(例如，它们在消息930中被报告的顺序)使用它们，否则在意图构成E2E纠缠的合并的LLE的行中可能出现分离。
也可以在称为“净化”的过程中使用额外的LLE。净化通过经由局部量子操作和经典通信将两个纠缠组合成一个较高保真度的对来提高纠缠的保真度。
应注意，“储备的”LLE具有有限的寿命，即使在qubit状态已经被从电子自旋转换到原子核自旋并且没有延迟的场合；相应地，应当跟踪在具有包括被丢弃的期满的qubit的LLE的储备的LLE中涉及的qubit的剩余寿命。
自由运行的LLE创建
可能使LLE创建子系统(不管其形式如何)的操作从中继器顶级操作周期中去耦。因此，在一个实现中，右LLE创建子系统尽可能频繁地被激发(基本上具有等于到参与LLE创建子系统的邻节点的往返时间的时间段)，并且独立于在中继器何时接收周期触发-将认识到，这需要通过信号形成的周期触发，该信号不同于在LLE创建子系统的操作过程中发送的信号。在这种情况下，中继器将变得知道纠缠的右侧qubit在接收到周期触发之后的时刻可用于合并，该时刻平均小于到右邻节点的往返时间。此外，在图19的LLE创建子系统被使用且LLE被储备的场合，存在右LLE将在中继器接收到周期触发的时刻可用的好机会。
节点链段的并行操作(图20)
通过将节点链分成多个段，每段具有其自己的左端节点和右端节点对，可并行地实施扩展纠缠的创建(在相应的段上)；然后这些E2E段纠缠可以被合并以创建最终的E2E纠缠。
在图20中示出了这样的分割的一个特定的示例性布置。在这种情况下，最终的端节点是左端节点201和右端节点202，在两个端节点之间期望创建E2E纠缠。节点链(端节点201、202和中间中继器节点)被分成第一段203和第二段204。
第一段203的端节点是左端节点201和跨段节点209的子节点205，该子节点205用作第一段的右端节点。第二段204的端节点是右端节点202和跨段节点209的子节点206，该子节点206用作第二段的左端节点。
第一段203的射击队在方向207上(即远离跨段节点209)激发其光场串；类似地，第二段204的射击队在方向208上远离跨段节点209激发其光场串。跨段节点209负责分别在方向207、208上沿着第一和第二段203、204发起周期触发信号的传播。
第一段203和第二段204在协调段操作周期中在时间上并行地创建E2E段纠缠。在段操作周期的每个协调对的末尾，E2E段纠缠将跨越两个段存在。跨段节点209现在合并这些E2E段纠缠以产生在节点201和202之间的期望E2E纠缠。跨段节点209因此不仅拥有端节点功能，而且拥有合并功能。
第二“准异步”量子中继器实施例(图21)
第二“准异步”量子中继器实施例没有单独地示出，但在形式上类似于图10的实施例；主要差别是中继器LLE创建部件只用于(结合邻节点中的互补部件)提供“不可靠的”LLE创建子系统，而不是由未修改的图10的实施例提供的“可靠的”LLE创建子系统。(通常)不可靠的LLE创建子系统的简单例子是图5的子系统52或54。由于与第二量子中继器实施例相关的LLE子系统的不可靠性质，中继器MC单元被布置用于基于测量而不是成功的假设来确定LLE的存在。此外，R-LLE控制单元(假设从左到右激发光场)被布置成一旦在MC单元77接收到周期触发之后由MC单元77触发就重复地在激发和等待接收回来自右邻节点的成功/失败消息的周期传送，直到成功消息被接收到为止；当接收到成功消息时，R-LLE控制单元通知MC单元77触发从状态142(图14)到状态141的转换(对于第二实施例的状态机105，弧线145从状态转换图中省略)。作为结果，MC单元77可能在它能够执行合并操作之前必须等待相当长的时间(并且因此必须小心监控特别是L侧qubit的剩余寿命)。总的E2E操作周期时间因此是变化的，并且左端节点被布置成只在它知道在先的E2E周期终止时才开始新的E2E周期。
图21提供了对包括左端节点211L和右端节点211R以及第二实施例的形式的三个中继器210的五个节点的链的一个E2E周期操作的示例性图示。在这个链中，节点间隔开与图15所示的节点链的节点相同的量。事实上，图21紧密地对应于图15，但现在需要三次尝试来在中继器节点QR2和QR3之间创建LLE(为了简单起见，假定所有其它LLE在第一次尝试时被创建)。对于LLE，在图21中使用与图15中的相同的附图标记(附图标记83到86)，周期触发先驱(附图标记151到154)和被送回到LLE创建子系统的激发端的LLE创建结果消息(附图标记155到158-虽然现在需要三次尝试来创建LLE 84，但是中继器节点QR3以发送回被标记为156A、156B和156C的三个这样的消息结束，前两个指示失败，而第三个指示成功)。在图21中新地标记了非LLE纠缠，附图标记212和213指示扩展的纠缠，而附图标记214指示最终的E2E纠缠。为了避免不必要的混乱，在图21中只在纠缠创建时以及刚好在被合并之前再次示出纠缠。
在图21中给出的周期相对时间(t0到t10)对这个图是特定的，且不回头与图15相关，这被完成以允许时间的有序下标添加。类似地，合并编号M1到M3特别适用于图21以反映合并被实施的时间顺序(中继器QR1到QR3实施其合并的顺序在图15和图21之间不同)。
如已经提到的，在图15和图21中示出的E2E操作周期之间的基本差异是在图21的E2E操作周期中，需要三次尝试来在中继器节点QR2和QR3之间创建LLE 84，如下：
第一次尝试：该尝试涉及在时刻t1由于接收到周期触发信号而由QR2激发的光场，这个场的过程基本上由点线箭头152指示(其实际上表示该场前面的先驱)。这个尝试失败，并且在时刻t2，QR3返回由虚线箭头156A指示的“失败”消息。
第二次尝试：该尝试涉及在时刻t3由于接收到来自第一次尝试的失败消息而由QR2激发的光场，这个场的过程由链接的虚线箭头218指示。该第二次尝试也失败，并且在时刻t4，QR3返回由虚线箭头156B指示的“失败”消息。
第三次尝试：该尝试涉及在时刻t6由于接收到来自第二次尝试的失败消息而由QR2激发的光场，该场的过程由链接的虚线箭头219指示。该尝试在时刻t8成功地创建LLE 84，并且QR3返回由虚线箭头156C指示的“成功”消息。(注意，由于巧合，在这个图示中，周期触发154也碰巧在时刻t6到达右端节点211R)。
“成功”消息(箭头156C)在时刻t10到达QR2，到这个时间时QR3和QR4已经执行了其合并操作(QR4首先在时刻t7实施由带圈“M1”指示的其合并，以组合LLE 85、86来创建扩展纠缠212，而QR3在时刻t9实施由带圈“M2”指示的其合并，以组合LLE 84和扩展纠缠212来创建扩展纠缠213)。因此，在时刻t10，QR2能够实施由带圈“M3”指示的其合并，以组合LLE 83和扩展纠缠213来创建E2E纠缠214。
可以向左端节点211L通知当前的E2E操作周期现在已经结束且新的周期可开始的一种方式是安排右端节点211R在它一接收到周期触发154时就将“E2E成功”MC消息沿着节点链发送回左端节点211L。每个中继器节点QR3、QR2和QR1使该“E2E成功”MC消息的传播延迟，直到它执行了其合并操作为止。在适当的时候，左端节点211L接收“E2E成功”MC消息并且开始新的E2E操作周期。
将认识到，对所描述的量子中继器实施例的许多其它修改是可能的。
可以注意，在图10的中继器实施例中，当接收到周期触发时，假设向左纠缠(因为LLE创建子系统具有高的成功概率)；相反，通过测量和燧发枪手指示的返回，向右纠缠是已知的。因此，当预期存在向左纠缠且已知存在向右纠缠时，在接收到周期触发之后，发起局部合并操作。事实上，向左纠缠的存在可以基于知道而不是预测，因为该知道容易从L-LLE控制单元中得到；类似地，向右纠缠的存在可基于预测而不是知道，因为高可靠性LLE创建子系统的使用意味着在到右邻节点的往返时间之后可以预期向右纠缠的存在(当然，仍然必须从能够识别纠缠的燧发枪手qubit的右邻节点接收信息，并且该信息有效地提供确认向右纠缠的存在的基于时间的预测的知道)。对于基于不可靠的LLE创建子系统的第二中继器实施例，仅在知道向左和向右纠缠的存在时实施局部合并操作。
由于各种原因，可能期望安排通过一个或多个局部qubit的中介物(中间qubit)来执行由所描述的量子中继器实施例在每个顶级周期实施的向左和向右纠缠的合并，而不是通过直接地执行上文关于相关的中继器L侧和R侧qubit所描述的形式的“合并操作”来执行该向左和向右纠缠的合并。例如，在提供一个中间qubit的场合，可以通过涉及纠缠的L侧/R侧qubit(在适当时)和中间qubit的分别的拉长操作来分离地将向左和向右纠缠扩展到中间qubit；其后，通过对中间qubit执行X测量操作而从纠缠中移除它。将意识到，中继器的向左和向右纠缠的局部合并如何被实施的细节对于在“准异步”基础上操作的量子中继器的一般操作方式并不是关键的。
关于LLE控制单元82、83和合并控制单元87的实现，将意识到，所述功能一般将由程序控制的处理器或相应的专用硬件提供。此外，LLE控制单元和合并控制单元的功能实际上可以被集成起来，特别是在LLE控制单元功能最小的情况下。当然，控制功能的划分是相当任意的；然而，LLE控制功能有益于分到LLE控制单元中，因为在某些中继器实施例中，LLE创建是自由运行的，也就是说，与例如合并控制的较高级的操作不协调。叠加在LLE控制功能上的是与合并控制和周期触发传播的控制相关的控制功能，该控制功能有效地提供中继器的顶级控制，并可以被视为由顶级控制布置提供(在所述实施例中，这由合并控制单元形成，虽然将周期触发控制从合并控制单元分离到其自己的不同的控制单元中也是可能的，这例如响应于接收到的周期触发，以将其作为事件传递到合并控制单元和激发R侧射击队，该后一动作不再是合并控制单元的责任)。
虽然在前述描述中，光场通常被描述为通过光纤在节点之间和在中继器的量子物理硬件的部件之间发送，但将意识到，光场可通过任何合适的光学通道发送，不管是导向的(如用光学波导)还是非导向的(直线)，以及不管是通过自由空间还是物理介质。因此，例如，中继器的量子物理硬件的光纤可包括硅通道，其与由位于光学腔内的金钢石点阵中的氮原子所提供的qubit连接。
如已经指示的，本领域技术人员将理解可以如何物理地实现Q块，以及可以在下面的论文中找到相关的示例性实现细节，其通过引用被并入本文：
-“Fault-tolerant quantum repeaters with minimal physical resources，andimplementations based on single photon emitters”L.Childress，J.M.Taylor，A.S.and M.D.Lukin；Physics Review A 72，052330(2005).
-“Fault-Tolerant Quantum Communication Based on Solid-State PhotonEmitters”L.Childress，J.M.Taylor，A.S.
Figure BDA0000125809100000402
and M.D.Lukin PhysicalReview Letters 96，070504(2006).
-“Hybrid quantum repeater based on dispersive CQED interactionsbetween matter qubits and bright coherent light”T D Ladd，P van Loock，KNemoto，W J Munro，and Y Yamamoto；New Journal of Physics 8(2006)184，Published 8 September 2006.
-“Hybrid Quantum Repeater Using Bright Coherent Light”P.van Loock，T.D.Ladd，K.Sanaka，F.Yamaguchi，Kae Nemoto，W.J.Munro，and Y.Yamamoto；Physical Review Letters 96，240501(2006).
-“Distributed Quantum Computation Based-on Small Quantum Registers”Liang Jiang，Jacob M.Taylor，Anders S.
Figure BDA0000125809100000403
Mikhail D.Lukin；PhysicsReview.A 76，062323(2007).

Claims (20)

1.一种量子中继器(100；210)，其能通过局部链接光学通道(62，63)光学耦合到左邻节点和右邻节点；所述中继器包括：
量子物理硬件(60)，其提供分别被布置成通过在所述局部链接通道(62，63)上传输的光场支持左侧qubit和右侧qubit分别与在所述左邻节点和所述右邻节点中的qubit的纠缠的左侧中继器部分和右侧中继器部分(L，R)，从而形成在本文称为“LLE”的各自的局部链接纠缠；所述量子物理硬件(60)能够用于通过对左侧qubit和右侧qubit局部地操作来合并分别涉及这些qubit的两个纠缠；
左LLE控制单元和右LLE控制单元(72，73)，其用于控制所述量子物理硬件(60)与所述左邻节点和所述右邻节点协作来实施左LLE和右LLE的创建；以及
顶级控制装置(77)，其响应于由所述中继器(100；210)接收到来自所述左邻节点的触发(99)而用于使得在左侧qubit和右侧qubit至少被预期分别向左和向右纠缠时能够发起分别涉及这些qubit的纠缠的合并，所述顶级控制装置(77)还用于将所述触发传递到所述右邻节点，而不等待将被实施的纠缠的所述合并。
2.如权利要求1所述的量子中继器(100)，其中，所述量子物理硬件(60)提供以下各项中的至少一个：多个左侧qubit和多个右侧qubit；所述顶级控制装置(77)，其被布置用于发起关于已知或预期要纠缠的左侧qubit和右侧qubit的纠缠的所述合并。
3.如权利要求1所述的量子中继器(100；210)，其中，所述左侧中继器部分(L)和所述右侧中继器部分(R)在形式上是互补的；这些中继器部分(L，R)中的一个用于产生光场，使其穿过其qubit，然后通过局部链接通道将所述光场发送出；以及所述中继器部分(L，R)的另一个用于通过局部链接通道接收光场，使其穿过其qubit，然后测量所述光场。
4.如权利要求1所述的量子中继器(100；210)，其中，
所述左侧中继器部分和所述右侧中继器部分(L，R)的一个包括多个燧发枪手Q块(93)，每个燧发枪手Q块(93)被布置用于支持燧发枪手qubit，并使光场穿过该qubit，以及用于将已穿过燧发枪手qubit的光场顺序地耦合到相应的局部链接通道(63)的光纤(61)；所述LLE控制单元(73)的相应的一个被布置用于控制该中继器部分以使各自的光场协调地穿过所述燧发枪手qubit，从而在所述局部链接通道(63)上产生紧密间隔的光场的外发的串(228)；以及
所述左侧中继器部分和所述右侧中继器部分(R，L)的另一个包括目标Q块(94)，其被布置成支持目标qubit并测量穿过该qubit的光场从而确定所述目标qubit是否被成功地纠缠，以及光纤(61)，用于耦合相应的局部链接通道(62)与所述目标Q块(94)以使通过所述局部链接通道(62)从邻节点接收的光场的进入串(228)的光场能够穿过所述目标qubit并且被测量；所述LLE控制单元(72)的相应一个被布置用于控制该中继器部分来允许所述串(228)的第一光场穿过并且可能与所述目标qubit交互，并且之后，仅在所述目标Q块(94)指示在先的光场没有成功地纠缠所述目标qubit时，允许下一光场穿过并可能与所述目标qubit交互，该LLE控制单元响应于所述目标Q块(94)指示所述目标qubit已经被成功地纠缠，向产生所述串的所述邻节点传递识别成功地纠缠所述目标qubit的所述串的所述光场的信息，由此允许与所述目标qubit纠缠的所述燧发枪手qubit的识别。
5.如权利要求4所述的量子中继器(100；210)，其中，燧发枪手Q块的数量f满足下列不等式：
Psuccess≤1-(1-s)f
其中，
s是对于预定的操作环境，用单个光场成功地创建纠缠的概率；以及
Psuccess是使用单个光场串使所述目标qubit成功地纠缠的期望概率，Psuccess被选择为至少99％。
6.如权利要求4所述的量子中继器(100；210)，其中，在所述进入光串(228)之前是用作所述触发的先驱信号(99)，所述另一个中继器部分(R，L)被布置用于接收所述先驱并将其接收传递到所述顶级控制装置(77)。
7.如权利要求4所述的量子中继器(100；210)，其中，在所述进入光串(228)之前是使用累积宇称性信息调制的先驱信号(99)，所述中继器被布置用于提取该累积宇称性信息，将它与局部宇称性信息组合以形成新的累积宇称性信息，并且将这个新的累积宇称性信息调制到在所述外发光串(228)之前的先驱信号(99)上。
8.如权利要求6所述的量子中继器(100；210)，其中，所述先驱信号(99)的接收被所述顶级控制装置(77)用作指示在所述中继器和发送所述先驱的节点之间存在或即将存在LLE；所述顶级控制装置(77)在从所述中继器的另一邻节点接收到识别与所述另一邻节点中的目标qubit(94)纠缠的所述中继器燧发枪手qubit(93)的所述信息时确定与所述中继器的另一邻节点的LLE存在。
9.如权利要求4所述的量子中继器(100；210)，其中，在接收到所述触发之后，所述顶级控制装置(77)被布置用于使与包括所述燧发枪手Q块(93)的所述中继器部分(R)相关联的所述LLE控制单元(73)发起光场的所述外发串(228)的产生。
10.如权利要求1所述的量子中继器(100；210)，其中，所述顶级控制装置(77)被布置用于基于下列信息来存储宇称性信息：
关于纠缠的所述合并的合并宇称性信息；以及
关于涉及纠缠的所述合并的所述qubit对象的LLE的宇称性信息；
所述顶级控制装置(77)还被布置用于从一个邻节点接收累积宇称性信息，以将其存储的宇称性信息与所接收的累积宇称性信息组合来形成更新的累积宇称性信息，并且将所述更新的累积宇称性信息发送到其另一邻节点。
11.一种包括节点链的系统，所述系统用于在所述链的左和右相对端节点(81L，81R；211L，211R)中的工作qubit之间创建端到端纠缠(89；214)，所述链的中间节点由根据权利要求1到10的任一项的量子中继器(100；210)形成，每个量子中继器通过局部链接光学通道(62，63)链接到其邻节点；一个端节点(81L；211L)被布置用于发起端到端操作周期(Φ)，用于通过向所述链的其邻中间节点发送所述触发(99)来创建端到端纠缠，所述中间节点用于将该触发沿着所述链传播到所有节点。
12.如权利要求11所述的系统，其中每个端节点(81L，81R；211L，211R)包括被布置用于提供qutit的输出缓冲器(165，175)，在所述端节点的工作qubit中锚定的端到端纠缠的端部能够转移到所述qubit中以便释放该工作qubit。
13.一种在通过光学通道耦合的节点链的相对的端节点(81L，81R；211L，211R)中qubit之间创建端到端纠缠(89；214)的方法，所述链的中间节点是量子中继器(100；210)，所述方法包括处于不协调或协调关系的以下操作：
在所述链中的每对邻节点中的qubit之间创建在本文称为“LLE”的局部链接纠缠(83-86)，通过所述qubit与在所述节点之间传输的光场的交互来创建所述LLE(83-86)；以及
从一个端节点(81L；211L)沿着所述链传播触发(82)以顺序地使得每个量子中继器(100；210)能够实施顶级操作周期(140)，所述顶级操作周期(140)涉及当所述中继器的各自qubit被至少期望与在沿着所述链和所述中继器相对方向布置的节点中的qubit纠缠时发起分别涉及所述中继器的所述各自qubit的两个纠缠的合并，每个中继器(100；210)传递所述触发(82)而不等待，直到它执行了纠缠的所述合并为止。
14.如权利要求13所述的方法，其中，每个中继器(100；210)在接收到所述触发(82)时发起与在沿着所述链远离所述一个端节点(81L；211L)的方向上的其邻节点的LLE创建。
15.如权利要求14所述的方法，其中，通过下列操作在每对邻节点(91，92)之间创建LLE：
使各自的光场穿过每一对的一个节点(91)中的多个燧发枪手qubit(93)并进入在所述节点对之间的所述光学通道(95)，所述光场的产生和组织使得紧密间隔的光场的串(98)沿着所述光学通道(95)传输；
在每对的第二节点(92)处通过在所述节点对之间的所述光学通道(95)接收所述串(78)的光场，同时目标qubit(94)保持未被纠缠，允许每个光场依次穿过并可能地与所述目标qubit(94)交互，之后，每个光场被测量以确定所述目标qubit是否被纠缠，
当成功地纠缠所述目标qubit(94)时，禁止所述串(98)的另外光场与所述目标qubit的交互，并识别哪个光场成功地使所述目标qubit纠缠，由此允许识别与所述目标qubit(94)纠缠的所述燧发枪手qubit(93)。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述触发采取先驱信号(99)的形式，所述先驱信号(99)在由每对的所述一个节点传输的所述光串(228)之前。
17.如权利要求16所述的方法，其中，每个先驱信号(99)使用累积宇称性信息来调制，并且此外，其中每对的所述第二节点(92)提取该累积宇称性信息，将它与局部宇称性信息组合以形成新的累积宇称性信息，并将该新的累积宇称性信息调制到它发送出的所述先驱信号(99)上。
18.如权利要求16所述的方法，其中，所述邻节点对的所述第二节点(92)是量子中继器，由所述量子中继器接收到所述先驱信号(99)被用作指示在所述节点对之间存在或即将存在LLE；所述中继器在从其另一邻节点接收到与所述另一邻节点中的目标qubit(94)纠缠的中继器燧发枪手qubit(93)的识别时确定与所述另一邻节点的LLE存在。
19.如权利要求15所述的方法，其中，所述一个端节点(81L；211L)以规则的间隔发送出触发(82)，以引起在各个端到端操作周期(Φ)中端到端纠缠的正在进行的创建。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述端到端操作周期(Φ)在时间上重叠，而不使任一中继器的所述顶级操作周期彼此重叠。
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