Quantum Distillation Literature Review

本文详细探讨了量子信息理论中的一种关键操作——纠缠纯化,即如何通过局部操作和经典通信(LOCC)将多个噪声纠缠态转化为少数纯净的贝尔对。这一过程旨在减少信道噪声导致的退相干。文章列举了多个重要的纠缠蒸馏协议,如Bennett等人提出的协议,以及递归协议如IBM协议和QPA协议。同时,还讨论了局部置换优化、哈希和繁殖等技术在提高纠缠质量中的作用,并引入了非高斯资源状态和连续变量纠缠蒸馏的方法,如光子减法和同位素纯化。此外,还提到了近年来关于固态量子网络节点间纠缠纯化的实验进展。

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introduction

Quick Introduction

目标

  • 在只使用local operations and classical communication (LOCC)的前提下,将N个entangled state为 ρ \rho ρ的entangled pair的copies转化为少量近似纯净的Bell pairs。这样做的好处是能够减少channel noise引起的退相干。

各类distillation protocols的基础论文

  • C. H. Bennett, G. Brassard, S. Popescu, B. Schumacher, J. A. Smolin, and W. K.
    Wootters. Purification of noisy entanglement and faithful teleportation via noisy
    channels. Physical Review Letters, 76:722–725, 1996, link 1.
  • C. H. Bennett, D. P. DiVincenzo, J. A. Smolin, and W. K. Wootters. Mixed-state
    entanglement and quantum error correction. Physical Review A, 54:3824–3851,
    1996, link 2.
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Literature Review

综述 Survey

    • Entanglement Distillation: A Discourse on Bound Entanglement in Quantum Information Theory, Lieven Clarisse. survey_1
    • Generation and Manipulation of Entanglement in Quantum Optical Systems, Daniel Edward Browne, p89 - p143. survey_2
    • Tools and Methods for the Distillation of Entanglement in Continuous Variable Quantum Optics, Alvaro Felipe Feito Boirac. survey_3

Recursive Protocols

    • The recurrence protocol (IBM protocol):开头处的基础论文
    • The QPA protocol (Oxford protocol)
      • D. Deutsch, A. Ekert, R. Jozsa, C. Macchiavello, S. Popescu, and A. Sanpera.
        Quantum privacy amplification and the security of quantum cryptography over
        noisy channels. Physical Review Letters, 77:2818–2821, 1996, link.
      • C. Macchiavello. On the analytical convergence of the qpa procedure. Physics
        Letters A, 246:385–388, 1998, link.
    • Local Permutation优化
      • J. Dehaene, M. Van den Nest, B. De Moor, and F. Verstraete. Local permutations of products of Bell states and entanglement distillation. Physical Review A, 67: 022310, 2003, link.
      • E. Hostens, J. Dehaene, and B. De Moor. The equivalence of two approaches to the design of entanglement distillation protocols. 2004, link.

Hashing and breeding

    • P.W. Shor and J. A. Smolin. Quantum error-correcting codes need not completely
      reveal the error syndrome. 1996, link.

Continuous Variable Distillation of Entanglement with Linear Optics

The ( ρ ( i ) , ρ ( i ) ) (\rho^{(i)}, \rho^{(i)}) (ρ(i),ρ(i)) Protocol / Gaussian Operation:
      • D.E. Browne, J. Eisert, S. Scheel, and M.B. Plenio. Driving non-gaussian to gaussian states with linear optics. Physical Review A, 67:062320, 2003. link
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      • Takahashi, H., Neergaard-Nielsen, J. S., Takeuchi, M., Takeoka, M., Hayasaka, K., Furusawa, A., & Sasaki, M. (2010). Entanglement distillation from Gaussian input states. Nature photonics, 4(3), 178-181. link
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Non-Gaussian Resource States
      • Photon Subtraction and Heralding
        • S. Olivares and M. G. A. Paris. Squeezed fock state by inconclusive photon
          subtraction. SEMICLASS.OPT., 7:S616, 2005. link
        • J. S. Neergaard-Nielsen, B. Melholt Nielsen, C. Hettich, K. Moelmer, and E. S. Polzik. Generation of a superposition of odd photon number states for quantum information networks. Physical Review Letters, 97:083604, 2006. link
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        • H. Jeong A. Ourjoumtsev, R. Tualle Brouri, and P. Grangier. Generation of optical Schr¨odinger cats from photon number states. Nature, 448:784, 2007. link
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        • A. Ourjoumtsev, R. Tualle-Brouri, and P. Grangier. Quantum homodyne tomography of a two-photon fock state. Physical Review Letters, 96:213601, 2006. link
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The ( ρ ( i ) , ρ ( 0 ) ) (\rho^{(i)}, \rho^{(0)}) (ρ(i),ρ(0)) Protocol
Homodyne Distillation Pumping
      • J. Eisert, D. E. Browne, S. Scheel, and M. B. Plenio. Distillation of continuous-variable entanglement with optical means. Annals of Physics, 311:431, 2004. link
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      • J. Eisert, M. B. Plenio, D. E. Browne, S. Scheel, and A. Feito. On the experimental feasibility of continuous-variable optical entanglement distillation. Optics and Spectroscopy, 103:181, 2007. link
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2011 - 2021 论文整理

  • Kalb, N., Reiserer, A. A., Humphreys, P. C., Bakermans, J. J., Kamerling, S. J., Nickerson, N. H., … & Hanson, R. (2017). Entanglement distillation between solid-state quantum network nodes. Science, 356(6341), 928-932. link
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  • Seshadreesan, K. P., Krovi, H., & Guha, S. (2019). Continuous-variable entanglement distillation over a pure loss channel with multiple quantum scissors. Physical Review A, 100(2), 022315. link
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