(57)【要約】  その中間ノード９０が量子リピーターであるノード連鎖の第１のエンドノード９１内のキュービットと第２のエンドノード９２内のキュービットとの間に終端間エンタングルメントを徐々に生成するための繰返し法が提供される。繰り返す度に、その連鎖の現在の作業中リピーター９０が、第１のエンドノード９１内のキュービットと作業中リピーター内のキュービットとの間に存在するエンタングルメントを、作業中リピーター内のキュービットと、第２のエンドノード９２に向かう該作業中リピーターの隣接ノード内のキュービットとの間に形成される局所的なエンタングルメントと併合する。最初の繰返しにおいて、作業中リピーターは第１のエンドノード９２の隣接ノードである。その後、新たに繰り返す度に、作業中ノードが、第２のエンドノード９２に向かって連鎖に沿って更に１ノードシフトする。この方法を実施するように構成される量子リピーターも提供される。【選択図】図１０
2012532475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローカルリンク光チャネル（６２、６３）を通じて左隣ノード及び右隣ノードに光学的に結合可能である量子リピーター（１００；２４０）であって、
左側リピーター部分（Ｌ）及び右側リピーター部分（Ｒ）を提供する量子物理ハードウェア（６０）であって、該左側リピーター部分及び該右側リピーター部分は、前記ローカルリンクチャネル（６２、６３）を介して送信される光場によってそれぞれ前記左隣ノード及び前記右隣ノード内のキュービットとエンタングルし、それにより、それぞれのローカルリンクエンタングルメント「ＬＬＥ」を形成するための左側キュービット及び右側キュービットを支援するようにそれぞれ構成され、該量子物理ハードウェア（６０）は、これらのキュービットにおける局所的な動作によって、左側キュービット及び右側キュービットをそれぞれ伴う２つのエンタングルメントを併合するように動作可能である、量子物理ハードウェアと、
前記量子物理ハードウェア（６０）を制御し、前記左隣ノード及び前記右隣ノードと協調して左ＬＬＥ及び右ＬＬＥの生成を達成するための左ＬＬＥ制御ユニット及び右ＬＬＥ制御ユニット（８２、８３）と、
前記左隣ノードからトークンが受信されており、かつ関係する右側キュービットが前記右隣ノードのキュービットとエンタングルされたと少なくとも予想されるときに、左側キュービット及び右側キュービットをそれぞれ伴うエンタングルメントの併合を開始するように動作する上位制御装置（８７）であって、該上位制御構成（８７）は、該エンタングルメントの併合の完了に成功した後に、前記右隣ノードに前記トークンを転送するように更に動作する、上位制御装置と
を備える量子リピーター。
【請求項２】
量子リピーター（２４０）であって、
前記量子物理ハードウェア（６０）は、複数の左側キュービット及び複数の右側キュービットのうちの少なくとも一方を提供し、
前記上位制御装置（８７）は、エンタングルされることがわかっっているか、又はエンタングルされると予想される左側キュービット及び右側キュービットに関して前記エンタングルメントの併合を開始するように構成される
請求項１に記載の量子リピーター。
【請求項３】
量子リピーター（１００；２４０）であって、
前記上位制御装置（８７）は、前記エンタングルメントの併合の結果に応答して、
前記エンタングルメントの併合の完了に成功した際に、前記右隣ノードに併合成功メッセージを送信し、なお、このメッセージは前記トークンとしての役割を果たし、
前記エンタングルメントの併合に失敗した際に、前記左隣ノード及び前記右隣ノードに併合失敗メッセージを送信し、
前記上位制御装置（８７）は、該上位制御装置の右隣ノードから併合失敗メッセージを受信するのに応答して、該上位制御装置の左隣ノードにこのメッセージを送り、前記左側リピーター部分（Ｌ）及び前記右側リピーター部分（Ｒ）の動作をリセットする
請求項１に記載の量子リピーター。
【請求項４】
量子リピーター（１００；２４０）であって、
前記上位制御装置（８７）は、前記併合成功メッセージに累積パリティ情報を含めるように構成され、この累積パリティ情報を、
該上位制御装置の左隣ノードから受信される併合成功メッセージにおいて前記リピーターに渡される累積パリティ情報と、
前記リピーターの前記キュービットと、隣接ノード内のキュービットとの間のエンタングルメントに関するパリティ情報と、
前記上位制御装置によって開始されるエンタングルメントの局所的な併合に関する併合パリティ情報と
を結合することによって形成する
請求項３に記載の量子リピーター。
【請求項５】
量子リピーター（１００；２４０）であって、
前記左側リピーター部分（Ｌ）及び前記右側リピーター部分（Ｒ）は形態において相補的であり、
前記リピーター部分（Ｌ、Ｒ）のうちの一方は光場を生成し、該光場を該リピーター部分のうちの一方のキュービットに通し、その後、ローカルリンクチャネルを介して該光場を送出するように動作し、
他方のリピーター部分（Ｒ、Ｌ）は、ローカルリンクチャネルを介して光場を受信し、該光場を該他方のリピーター部分のキュービットに通し、その後、該光場を測定するように動作する
請求項１に記載の量子リピーター。
【請求項６】
量子リピーター（２４０）であって、
前記左側リピーター部分及び前記右側リピーター部分（Ｌ、Ｒ）のうちの一方は、フュージリアキュービットを支援し、かつ光場を該キュービットに通すようにそれぞれ構成される複数のフュージリアＱブロック（２２３）と、対応するローカルリンクチャネル（２２５）上に、フュージリアキュービットを通り抜けた光場を順序正しく結合するための光ファブリック（２２６）とを備え、前記ＬＬＥ制御ユニット（８３）のうちの対応するＬＬＥ制御ユニットは、このリピーター部分を制御して、それぞれの光場が協調して該フュージリアキュービットを通り抜けるようにし、それにより前記ローカルリンクチャネル（２２５）上に接近した間隔で配置される光場の出射列（２２８）を生成するように構成され、
前記左側リピーター部分及び前記右側リピーター部分（Ｌ、Ｒ）のうちの他方は、ターゲットキュービットを支援し、かつ該キュービットに通された光場を測定し、それにより該ターゲットキュービットがエンタングルされるのに成功したか否かを判断するように構成されるターゲットＱブロック（２２４）と、前記対応するローカルリンクチャネル（２２５）を前記ターゲットＱブロック（２２４）と結合し、隣接ノードから前記ローカルリンクチャネル（２２５）を介して受信される光場の入射列（２２８）の光場が前記ターゲットキュービットを通り抜け、測定されることを可能にするための光ファブリックとを備え、前記ＬＬＥ制御ユニット（８２）の対応するＬＬＥ制御ユニットは、このリピーター部分を制御して、前記列の第１の光場が前記ターゲットキュービットを通り抜け、該ターゲットキュービットと潜在的に相互作用できるようにし、該相互作用が終了して初めて、次の光場が、先行する光場が前記ターゲットキュービットとエンタングルするのに成功しなかったことを示す前記ターゲットＱブロック（２２４）上の前記ターゲットキュービットを通り抜け、前記ターゲットＱブロック（２２４）上の前記ターゲットキュービットと潜在的に相互作用できるように構成され、このＬＬＥ制御ユニット（８２）は、前記ターゲットキュービットがエンタングルするのに成功したことを前記ターゲットＱブロック（２２４）が示すのに応答して、前記列が生じる前記隣接ノードに、前記ターゲットキュービットとエンタングルするのに成功した前記列の前記光場を識別する情報を渡し、それにより、前記ターゲットキュービットとエンタングルされた前記フュージリアキュービットを識別できるようにする
請求項１に記載の量子リピーター。
【請求項７】
量子リピーター（２４０）であって、
前記トークンは、前記光場のために用いられる前記ローカルリンクチャネル（６２、６３）とは別の通信チャネル（１０３）を介して、前記リピーターにおいて受信され、該リピーターから送信される
請求項１に記載の量子リピーター。
【請求項８】
ノードの連鎖を含み、該連鎖の左右両側にあるエンドノード（９１、９２）内の有効キュービット間に終端間エンタングルメント（９５）を生成するためのシステムであって、該連鎖の中間ノード（９０）が請求項１〜７のいずれか一項に記載の量子リピーター（１００；２４０）によって形成され、各量子リピーターはローカルリンクチャネル（６２、６３）によって該量子リピーターの隣接ノードにリンクされ、
前記左エンドノード（９１）は、該左エンドノードの隣接する量子リピーターノード（９０）と協調して、前記左エンドノード内の前記有効キュービットと前記量子リピーターノードの左キュービットとの間の初期エンタングルメントを生成するように構成され、
前記初期エンタングルメントの生成後に、関与する量子リピーター（９０）は、前記トークンを受信しているように挙動し、該関与する量子リピーターの右側キュービットが、該リピーターの右隣ノード内のキュービットとエンタングルされたと少なくとも予想される場合に、エンタングルメントの併合を開始し、それにより、前記初期エンタングルメントを前記連鎖に沿って前記右エンドノード（９２）に向かって次の量子リピーターノード（９０）に延長し、
その後、前記連鎖に沿った前記初期エンタングルメントの前記延長は、前記トークンが量子リピーター間で次々に渡されるのに応じて、前記右エンドノード（９２）に達するまで１ノードずつ進行する
システム。
【請求項９】
各エンドノード（１４０、１６０）は、キュービットを与えるように構成される出力バッファ（１８２、１８３）を含み、該エンドノードの有効キュービット内に繋ぎ止められる前記終端間エンタングルメントの端部は、該有効キュービットを解放するために、前記キュービットの中に転送され得る
請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
その中間ノード（９０）が量子リピーターであるノード連鎖の第１のノード（９１）内のキュービットと第２のノード（９２）内のキュービットとの間に終端間エンタングルメントを生成するための方法であって、
前記第１のエンドノード（９１）内のキュービットを隣接する量子リピーターノード（９０）とエンタングルさせることであって、初期エンタングルメントを生成する、エンタングルさせることと、
前記第２のエンドノード（９２）に達するまで、前記連鎖に沿って前記初期エンタングルメントを繰返し延長すること
を含み、
各繰返しは、前記連鎖の量子リピーター（９０）、ここでは作業中リピーターが、前記第１のエンドノード（９１）内のキュービットと前記作業中リピーター内のキュービットとの間に存在するエンタングルメントを、前記作業中リピーター内のキュービットと前記第２のエンドノード（９２）に向かう該作業中リピーターの隣接ノード内のキュービットとの間に形成される局所的なエンタングルメントと併合することを伴い、第１の繰返しにおける前記作業中リピーターは、前記第１のエンドノード（９１）の隣接ノードであり、新たに繰り返す度に、前記第２のエンドノード（９２）に向かって前記連鎖に沿って更に１ノードシフトする
方法。
【請求項１１】
前記併合の試行後に、前記作業中リピーターは、
前記試行された併合が成功する場合、併合成功メッセージを、前記第２のエンドノード（９２）に向かう該作業中リピーターの隣接ノードに送信し、このメッセージによって、該隣接ノードは、前記第２のエンドノードでない限り、作業中ノードになり、
前記試行された併合が失敗する場合、両方の隣接ノードに併合失敗メッセージを送信し、
各リピーターは、前記第２のエンドノード（９２）に向かう該リピーターの隣接ノードからの該併合失敗メッセージの受信に対し、自らをリセットし、他方の隣接ノードに併合失敗メッセージを順送りすることによって応答する
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記作業中リピーターは、前記併合成功メッセージに累積パリティ情報を含めるように構成され、この累積パリティ情報を、
その左隣ノードから受信される併合成功メッセージにおいて前記リピーターに渡される累積パリティ情報と、
前記リピーターの前記キュービットと、隣接ノード内のキュービットとの間のエンタングルメントに関するパリティ情報と、
前記併合制御ユニットによってトリガーされるエンタングルメントの前記併合に関する併合パリティ情報と
を結合することによって形成する
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記エンドノード（１４０、１６０）の有効キュービット間に終端間エンタングルメントを生成した後に、前記終端間エンタングルメントの各端部を前記エンドノードのそれぞれのバッファキュービット（１８４、１８５）に転送すること
を更に含む請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、延長されたエンタングルメント（entanglement）を生成するための量子リピーター、並びにシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
量子情報システムでは、情報が量子システムの「状態」内に保持される。通常、これは、量子ビット、又は「キュービット」と呼ばれる一単位の量子情報を与える２レベル量子システムとなる。
離散的である古典的なデジタル状態とは異なり、キュービットは離散的な状態には限定されず、いつでも２つの状態の重ね合わせとして存在し得る。
【０００３】
１キュービットを得るために任意の２レベル量子システムが用いられ得、単一の光子の偏光状態、電子スピン、核スピン及び光のコヒーレント状態に基づく実施態様を含む、いくつかの物理的な実施態様が実現されている。
【０００４】
量子ネットワーク接続は、離れた端点間での量子情報の通信を提供する。
そのような接続の有望な用途は、量子コンピューターのネットワーキング、及び「量子鍵配送」（quantum key distribution：ＱＫＤ）を含み、量子鍵配送では、インテグリティを有する（with integrity）、量子チャネル及び認証された（必ずしも秘密ではない）古典的チャネルを用いて、共用される秘密のランダムな古典的ビットが生成される。
一般的に、量子ネットワーク接続を介して量子情報を搬送するために用いられるプロセスは、伝送距離が長くなると性能が劣化するので、端点間に上限を設ける。
一般的に、量子状態を複製することはできないので、古典的な意味で、端点の離隔距離は、リピーターを用いることによって増加し得ない。
【０００５】
離隔した２つの場所間で量子情報を転送する１つの方法は、「量子テレポーテーション」として知られる技法を用いる。
これは、離隔した各場所に配置される、ベルペア（Bell pair）として知られる２つのエンタングルされた（entangled：もつれ合った）キュービットを利用する。本明細書において、用語「エンタングルメント」は、２つのエンタングルされたキュービットを指すために用いられる。
そのような分散したベルペアの生成は、一般的に、光チャネル（例えば、光ファイバーのような光導波路）を介して送信される光子によって仲介される。
このプロセスは距離により制約され、２つの別々のベルペアからのそれぞれのキュービットが同じ場所に置かれるが、同じ場所に置かれるキュービット間で達成される局所的な量子演算によって、ベルペアを結合（又は「併合」）することが可能である。
このプロセスは、「エンタングルメントスワッピング」として知られており、結果として、ベルペアの同じ場所に配置されない２つのキュービット間でエンタングルメントが生じ、一方、同じ場所に配置されるキュービットは全くエンタングルしなくなる。
【０００６】
同じ場所に置かれるキュービットにホスティングし、局所的な量子演算を実行してベルペアを併合するデバイスは、「量子リピーター」と呼ばれる。
量子リピーターの基本的な役割は、２つの隣り合う離隔したノードのそれぞれを有する個々のベルペアを生成し、その後、それらのベルペアを併合することである。
複数の量子リピーターを連結することによって、任意の距離だけ離れた端点間で終端間エンタングルメントが生成され得、それにより、任意に離隔した端点間での量子情報の転送が可能になる。
【０００７】
ＱＫＤはエンタングルした状態を、直接、必要としないが、量子リピーターの使用を通じて長距離のベルペアを生成することは、長距離ＱＫＤを容易にすることに留意されよう。
さらに、分散型量子コンピューテーションの大部分の他の応用形態は、分散型ベルペアを使用するであろう。
【０００８】
本発明は、離隔したキュービット間でのエンタングルメントの生成と、離れた端点間でのエンタングルメントの生成を容易にするための量子リピーターの形態、管理及び相互作用とに関する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、添付の請求項１において提示されるような量子リピーターが提供される。
その量子リピーターは、ノード連鎖のエンドノード内のキュービット間での終端間エンタングルメントを可能にするために、ノード連鎖内の中間ノードとして使用可能である。
【００１０】
その中間ノードが量子リピーターであるノード連鎖のエンドノード内のキュービット間で終端間エンタングルメントを生成する方法も提供され、その方法は添付の請求項１０において提示される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
次に、本発明の実施形態を、非限定的な例として、添付の図面を参照しながら説明する。
【００１２】
【図１Ａ】２つのキュービットをエンタングルするための既知の動作を示す図である。
【図１Ｂ】既存のエンタングルメントを延長して、もともとエンタングルしているキュービットのうちの一方と新たなキュービットとを伴う新たなエンタングルメントを生成するための延長動作を示す図である。
【図１Ｃ】既存のエンタングルメントを別のエンタングルメントと併合して、元のエンタングルメントのそれぞれから１ビットずつを含む新たなエンタングルメントを生成することによって、既存のエンタングルメントを延長するための併合動作を示す図である。
【図２】離隔した個々のノード内に配置される２つのキュービット間のエンタングルメント動作を実行するためのエンタングルメント生成サブシステムを示す図である。
【図３Ａ】図１Ａのエンタングルメント動作だけを用いた場合に可能である距離よりも長い距離にわたって２つのキュービット間でエンタングルメントを生成するために、量子リピーターがどのように用いられ得るかを示す図である。
【図３Ｂ】任意に離隔したノードペア間に延長したエンタングルメントを生成するために、量子リピーターの連鎖がどのように用いられ得るかを示す図である。
【図４】種々の量子相互作用を実行するための、本明細書において「Ｑブロック」と呼ばれる、３種類の基本量子物理ハードウェアブロックを示す図である。
【図５】Ｑブロックを用いる図２のエンタングルメント生成サブシステムの一実施態様を示す図である。
【図６】量子リピーターの量子物理ハードウェアの包括的な図である。
【図７Ａ】図６の量子物理ハードウェアの実施態様の例を示す図である。
【図７Ｂ】図６の量子物理ハードウェアの実施態様の例を示す図である。
【図７Ｃ】図６の量子物理ハードウェアの実施態様の例を示す図である。
【図７Ｄ】図６の量子物理ハードウェアの実施態様の例を示す図である。
【図８】本発明の量子リピーターの実施形態の一般的な形態を示す図である。
【図９】７つのノードからなる一例の連鎖の左端からＥ２Ｅ（終端間）エンタングルメントを形成するための本発明を実施する繰返しプロセスを示す図である。
【図１０】第１の量子リピーターの実施形態を示す図である。
【図１１】図１０の量子リピーターの右側ローカルリンクエンタングルメント制御ユニットの一例の状態機械の実施態様の状態遷移図である。
【図１２】図１０の量子リピーターの左側ローカルリンクエンタングルメント制御ユニットの一例の状態機械実施態様の状態遷移図である。
【図１３】図１０の量子リピーターの併合制御ユニットの一例の状態機械の実施態様の状態遷移図である。
【図１４】図１０の量子リピーターによって形成される中間ノードを有するノード連鎖の左エンドノードの一例の実施態様の図である。
【図１５】図１４の左エンドノードの右側ローカルリンクエンタングルメント制御ユニットの一例の状態機械の実施態様の状態遷移図である。
【図１６】図１０の量子リピーターによって形成される中間ノードを有するノード連鎖の右エンドノードの一例の実施態様の図である。
【図１７】図１６の右端ノードの左側ローカルリンクエンタングルメント制御ユニットの一例の状態機械の実施態様の状態遷移図である。
【図１８】図１４及び図１６の左エンドノード及び右エンドノード内に出力バッファを設けることを示す図である。
【図１９】量子リピーターノードの連鎖の一例のセグメント化を示す図である。
【図２０】図１０の形態の量子リピーターにおいて用いるための代替のローカルリンクエンタングルメント生成サブシステムの図である。
【図２１】図１０の形態の量子リピーターにおいて用いるための別の代替のローカルリンクエンタングルメント生成サブシステムの図である。
【図２２】図１０の形態の量子リピーターにおいて用いるための更なる代替のローカルリンクエンタングルメント生成サブシステムの図である。
【図２３】図１０の形態の量子リピーターにおいて用いるためのまた更なる代替のローカルリンクエンタングルメント生成サブシステムの図である。
【図２４】第２の量子リピーターの実施形態の図である。
【図２５】図２４の形態の隣り合う量子リピーターによって形成されるローカルリンクエンタングルメント生成サブシステムの図である。
【図２６】図２４の形態の中間量子リピーターノードを有するノード連鎖の一例の左エンドノードの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
基本エンタングルメント生成及び延長動作
エンタングルメント動作（図１）
図１Ａは、一般論として、２つのキュービットｑｂ１、ｑｂ２（１で参照される）をエンタングルして、ベルペアを生成するための既知のプロセス（本明細書において、「エンタングルメント動作」と呼ばれる）を示しており、その図は、エンタングルメント動作の流れにわたって撮られた時系列のスナップショット（ａ）〜（ｇ）を示す。
この事例の場合のように、キュービットｑｂ１、ｑｂ２が数ミリメートルよりも長い距離だけ離れている場合、ベルペアの生成は光子によって仲介され、光子は、自由空間を通して又は光ファイバー４のような導波路を介して送られ得る。
ごく一般的に、ベルペアを生成するためのプロセスは、わずかな量の光（単一の光子、光子ペア、又はわずかな光子からなるレーザーパルス）を使用するプロセス、及び、レーザーのような、コヒーレント光源からの多数の光子からなるパルスを使用するプロセスに分割され得る。
当業者によって理解されるように、光子を生成する方法、エンタングルメント動作を実行する方法、及び測定を行なう方法の詳細は、ごくわずかな量の光が用いられるか、多数の光子からなるレーザーパルスが用いられるかによって異なる。しかしながら、本発明は、任意のそのような手法を用いて実施され得るので、以下の説明は、単に、ベルペアを生成する（そしてその後に、延長する）ために用いられる「光場（light field）」に関して示す。
【００１４】
図１Ａを更に詳細に検討すると、放射源２によって放射される光場５（スナップショット（ａ））が、物理キュービットｑｂ１に通され（スナップショット（ｂ））、物理キュービットは、準備された非古典的状態（例えば：０、＋１）にある。通常、物理キュービットの実施態様は電子スピンであり、電子は光場の通過の直前に所定の状態に設定される。
光場５及びキュービットｑｂ１は相互作用し、光場５がキュービットｑｂ１の量子状態を実効的に「捕捉する」。
その後、光場５は光ファイバー４の中を進み（スナップショット（ｃ）及び（ｄ））、キュービットｑｂ２と相互作用し（スナップショット（ｅ））、その後、検出器３において測定される（スナップショット（ｆ））。成功した場合には、この結果として、キュービットｑｂ１の量子状態がキュービットｑｂ２に「転送され」、これらのキュービットはエンタングルされる（図１Ａでは、このエンタングルメントは、両矢印の弧８によって表されており、この表現形態は、エンタングルメントを表すために図面全体を通じて用いられる）。
検出器１３によって測定される光場５の特性によって、エンタングルメント動作が成功したか否かの判断がなされ得る。
その後、エンタングルメント動作の成功又は失敗が、古典的な（非量子）メッセージ９において、ファイバー４のｑｂ１端に送り返される（スナップショット（ｇ））。
このメッセージは非常に簡単な形態であり得（単一パルスの存否）、本明細書において用いられるときに、用語「メッセージ」は、そのような簡単な形態、及び任意の複雑度の構造化されたメッセージ（処理時間の制約を受ける）の両方を含むものと理解されたい。メッセージ９がいくつかのキュービットの中の特定のキュービットとエンタングルメント動作の成否とを特定する必要がある実施形態では、そのメッセージは依然として単一のパルスの存否の形態をとり得るが、その場合、関係するキュービットを特定するためにそのパルスのタイミングが用いられる。
エンタングルメント動作の成否についての情報をファイバー４のｑｂ１端に送り返す（又は関与するキュービットを特定する）必要がある場合、エンタングルメント動作のための全体的な経過時間は、エンタングルメント動作が成功した場合であっても、少なくともファイバー４に沿った往復伝搬時間である。
【００１５】
ｑｂ２が別のキュービットと既にエンタングルされているか否かにかかわらず、エンタングルメント動作を実行して、ｑｂ１及びｑｂ２をエンタングルすることができる（ｑｂ１とｑｂ２との間でエンタングルメント動作が実行されるときに、ｑｂ２が別のキュービットｑｂｊと既にエンタングルされていた場合、この結果として、３つ全てのキュービットｑｂ１、ｑｂ２及びｑｂｊの状態がエンタングルされるようになる）。
【００１６】
エンタングルメント動作が成功した場合に、検出器３によって測定される光場５の特性によって、ｑｂ１及びｑｂ２のエンタングルされた状態が相関するか、反相関するかに関しても判断がなされ得る、これは一般的にエンタングルメントの「パリティ」と呼ばれる（偶数パリティ及び奇数パリティはそれぞれ、相関するキュービット状態及び反相関するキュービット状態に対応する）。
その後にエンタングルメントを用いるとき、エンタングルメントのパリティを知ることは一般に重要である。結果として、パリティ情報が格納されるか、又は最終的にパリティがいつでも同じになるのを確実にするための措置が講じられなければならない（例えば、奇数パリティが特定される場合には、ｑｂ２の状態を反転して偶数パリティを生成することができ、それにより、ｑｂ１とｑｂ２との間のエンタングルメントのパリティが最終的にいつでも偶数となる）。
【００１７】
実際には、２つのエンタングルされたキュービットの相対的なパリティは２次元の量であり、その量は多くの場合に「一般化パリティ」と呼ばれ、キュービットパリティ値及び共役キュービットパリティ値の両方を含む。
図１Ａに示されるような簡単なエンタングルメント動作の場合、共役キュービットパリティ値情報は実効的には偶数パリティであり、測定される必要はない。
「一般化」パリティは、それを表すのに２つの古典的ビットを必要とする。
特定の応用形態（ＱＫＤ等）では、共役キュービットパリティ値情報を知ることは、必要でない場合がある。
これ以降、「一般化パリティ」の構成要素のうちの１つ（すなわち、キュービットパリティ値又は共役キュービットパリティ値）が具体的に参照される場合を除いて、「パリティ」を参照することは、適宜、共役キュービットパリティ値情報が省かれ得るという了解の下で、「一般化パリティ」を意味すると理解されるべきである。
【００１８】
既に示されたように、キュービットｑｂ１及びｑｂ２は、通常、電子スピンとして物理的に実現される。
しかしながら、このようにして格納される量子情報の実際の寿命は非常に短く（累積的に１０−６秒程度）、それゆえ、一般的に、光場５とｑｂ１及びｑｂ２との相互作用直後に、関係するキュービットの量子状態は、はるかに長い有効寿命（通常、累積的に１秒程度）を有する核スピンに転写される。
量子状態は、その後の光場との相互作用のために（例えば、後に説明される、２つのエンタングルメントの併合を実行するために）、後に再び電子スピンに転写され得る。
【００１９】
注目に値する別の実用的な特徴は、物理キュービットｑｂ１及びｑｂ２が、光場５の通過を除いて、概ね光から遮断されたままになることである。
ファイバー４のｑｂ２端においてこれを容易にするために（そして、光場５との相互作用の直前にキュービットを準備状態に設定するのをトリガーするために）、「先駆（herald）」光パルス６は光場５に先行され得る。この光パルスはファイバー１４のｑｂ２端において検出され、該光パルスを用いて、キュービットｑｂ２の準備をトリガーし、その後、光場５との相互作用のためのキュービットｑｂ２の開放（un-shuttering）をトリガーする。
代替的に、これらのタスクをトリガーする他の方法も可能である。
【００２０】
ベルペアを生成するのに成功する確率と、関与するキュービット間の距離と、生成されるペアの忠実度（fidelity）との間の関係は、複雑である。
一例として、多数の光子からなるレーザーパルスの形態の光場を用いる１つの特定の実施態様の場合、ベルペアは、キュービット間の距離が１０ｋｍ及び２０ｋｍの場合にそれぞれ０．７７又は０．６３８の忠実度で生成され、その生成は、試行のうちの３８パーセント〜４０パーセントで成功する。
その要点は、図１Ａに示されるエンタングルメント動作では距離が限られることである。簡単にするために、以下では、１０ｋｍの距離において０．２５の成功確率が仮定される。
【００２１】
ＬＬＥ生成サブシステム（図２）
エンタングルメント動作を実行するための構成要素のアセンブリが、本明細書において、「エンタングルメント生成サブシステム」と呼ばれ、装置の一部分の中で局所的に実現され得るか、又は離れて配置される装置の部分（一般的にノードと呼ばれる）間で実現され得る。
図２は後者の場合の一例を示しており、２つのノード２１及び２２が光ファイバー２３によって光学的に結合される。ノード間リンクを与えるファイバー２３のような光ファイバーは、本明細書において、「ローカルリンク」ファイバーと呼ばれる。
図２のノード２１、２２は、それぞれのキュービットｑｂ１及びｑｂ２を実現するための構成要素を含む（理解しやすくするために、図２では、図１Ａと同じキュービットの名称が用いられる）。
キュービットｑｂ１及びｑｂ２は、ｑｂ１と関連付けられる放射源２、ｑｂ３と関連付けられる検出器３、ローカルリンクファイバー２３、及び各ノード内のエンタングルメント動作制御ロジック（図示せず）とともに、キュービットｑｂ１とｑｂ２との間でエンタングルメント８を生成するためのエンタングルメント生成サブシステム２５を形成する。
ノード間のローカルリンクファイバーを介して送られる光場によって生成されるこの種のエンタングルメントは、本明細書において、「ローカルリンクエンタングルメント」、又は「ＬＬＥ」と呼ばれる。ノードスパニングエンタングルメント生成サブシステム２５は、それに応じて、「ＬＬＥ生成サブシステム」と呼ばれる。
【００２２】
延長動作（図１Ｂ）
図１Ａのエンタングルメント動作によって生成されるようなエンタングルメントを「延長して」、もともとエンタングルされているキュービットのうちの一方と新たなキュービットとを伴う新たなエンタングルメントを生成することができ、後者のキュービットは、通常、もともとエンタングルされているキュービットのうちの他方よりも、関与するもともとエンタングルされているキュービットから長い距離に配置される。
図１Ｂ及び図１Ｃは、キュービットｑｂ１及びｑｂ２（１で参照される）の間の初期エンタングルメント８を延長して、キュービットｑｂ１と別のキュービットとの間にエンタングルメントを形成する２つの方法を示す。いずれの方法も、光場が種々のキュービットを通り抜け、その後に光場が測定されることを伴うが、簡単するために、光場そのもの及び光場を送るために通常用いられる光ファイバーは、図１Ｂ及び図１Ｃでは省略されている。
【００２３】
図１Ｂは、時系列のスナップショット（ａ）〜（ｄ）によって、本明細書において「延長動作」と呼ばれるエンタングルメント延長プロセスを示す。
一般論として、延長動作は、既存の第１のエンタングルメントのキュービットを第１のエンタングルメントに関与しないキュービット（ただし、異なるエンタングルメントに既に関与している場合がある）と更にエンタングルし、リンクされた一連のエンタングルメントを形成することを伴い、その後、測定によって、その一連のエンタングルメントから中間キュービット（すなわち、延長された第１のエンタングルメントの端部にあるキュービット）が除去され、第１のエンタングルメントの残りのキュービットと新たにエンタングルされたキュービットとの間の「延長された」エンタングルメントを残す。
図１Ｂは、最も簡単な場合の延長動作を示しており、第１のエンタングルメントに関与しないキュービットそのものは、まだエンタングルされていない。
より詳細には、図１Ｂのスナップショット（ａ）に示されるように、キュービットｑｂ１及びｑｂ２（いずれも１で参照される）を伴う既存のエンタングルメント８のキュービットｑｂ２は、エンタングルメント動作によって、キュービットｑｂ３（１０で参照される）と更にエンタングルされる。
このエンタングルメント動作は、放射源２によって放射される光場を伴い、光場はキュービットｑｂ２及びｑｂ３を通り抜け、その後、検出器３によって測定される。
スナップショット（ｂ）は、ｑｂ２とｑｂ３との間に結果として生成されるエンタングルメント１１を示す。
エンタングルメント８及び１１は、リンクされた一連のエンタングルメントを形成する。別の言い方をすると、ｑｂ１、ｑｂ２及びｑｂ３の状態がここで互いにエンタングルされる。
その後、放射源２から光場を送り出してｑｂ２に通し、それを検出器３で検出することによって、本明細書において「Ｘ測定」（図１Ｂにおいて１２で参照される）と呼ばれる特定のタイプの測定が、中間キュービットｑｂ２において達成され、それにより、ｑｂ１及びｑｂ３をエンタングルしたままにして、ｑｂ１及びｑｂ３とのエンタングルメント（スナップショット（ｃ）を参照）からｑｂ２を除去する。
Ｘ測定１２の特徴は、エンタングルされたキュービットｑｂ１及びｑｂ３の残りの量子状態について情報を与えないようにして行なわれることである。例えば、「ａ｜０００＞＋ｂ｜１１１＞」のようなキュービットｑｂ１、ｑｂ２及びｑｂ３の間の結合状態（ただし、ａ及びｂは確率振幅である）の場合、キュービットｑｂ２におけるＸ測定は、ｑｂ１とｑｂ３との間のエンタングルメントに関して、「ａ｜００＞＋ｂ｜１１＞（＋１のＸ測定結果の場合）又は「ａ｜００＞−ｂ｜１１＞」（−１のＸ測定結果の場合）のいずれかの状態を与えることになる。
この測定は、ａ又はｂについての如何なる情報も与えない。
【００２４】
Ｘ測定１２が行なわれ、エンタングルメントからｑｂ２を除去した後に、ｑｂ１とｑｂ３との間に延長されたエンタングルメントが残される。この延長されたエンタングルメントは、図１Ｂのスナップショット（ｄ）内の中太の弧１３として表される。
【００２５】
延長されたエンタングルメント１３のパリティは、エンタングルメント８及び１１のパリティと、Ｘ測定から求められる共役キュービットパリティ値との結合である（上記の例では、Ｘ測定は、＋１又は−１のいずれかの結果を与える。この符号は共役キュービットパリティ値である）。
キュービットパリティ値情報及び共役キュービットパリティ値情報がそれぞれ偶数パリティ及び奇数パリティのときに２値「０」及び「１」によって表される場合、延長されたエンタングルメントのキュービットパリティ値情報及び共役キュービットパリティ値情報は、対応する構成要素パリティのそれぞれのＸＯＲ（排他的論理和）結合である。
【００２６】
仲介する光場が最初にｑｂ３を通り抜けるエンタングルメント動作によって最初にｑｂ３をｑｂ２とをエンタングルし、その後、それに関してＸ測定を達成することによってエンタングルメントからｑｂ２を除去することにより、図１Ｂの延長動作に対して機能的に等価な結果が得られ得ることに留意することができる。
本明細書では、言語に関して明確にするために、「延長動作」を（その一部を成すＸ測定とともに）参照することは、延長動作の一部として実行される初期エンタングルメントが、延長されるエンタングルメントのキュービットを最初に通り抜ける光場によって達成される場合のみを含む。延長動作に対する上記の機能的等価は、別々のエンタングルメント動作及びＸ測定動作として扱われる。
【００２７】
その目的が、かなりの距離だけ離隔された２つのキュービット間にエンタングルメントを生成することである場合、図１Ｂを参照して上記で説明された延長動作は、それだけではあまり有用でない。
これは、構成要素のエンタングルメント動作（図１Ｂの（ａ）を参照）が失敗する場合には、延長されつつある予め存在するエンタングルメント（図１Ｂのエンタングルメント８）は破壊されることになるためである。
実際には、延長されたエンタングルメント１３を生成するのに成功する確率は、エンタングルメント８及び１１を生成するために用いられるエンタングルメント動作の成功確率の積である。
既に言及されたように、エンタングルメント動作が成功する確率は距離に関連するので、初期エンタングルメントの延長を成功させるために、延長動作のみを用いて長距離にわたってエンタングルメントを生成するのは、成功する見込みが少ない。
延長動作の上記の機能的等価の動作でも同じ問題が存在する。
【００２８】
併合動作（図１Ｃ）
より良好な手法は、図１Ｃに示される併合動作を用いて、それぞれかなりの距離に及ぶ独立して生成されたエンタングルメントを、互いに結び付ける（knit）ことである。そのようなエンタングルメントを生成しようとする１つの試行が失敗しても他のエンタングルメントを破壊しないので、この手法は、個々のエンタングルメントに関連付けられる成功確率を実効的に切り離す。
当然、有用であるためには、個々のエンタングルメントを結合するために用いられる併合動作そのものの信頼性が高くなければならず、これは、極めて短い距離にわたって実行することによって達成される。
【００２９】
図１Ｃは、時系列のスナップショット（ａ）〜（ｃ）によって、最終的にｑｂ１とｑｂ５との間に「延長されたエンタングルメント」を生成するために（図１Ｃの中太の弧１９）、キュービットｑｂ１とｑｂ２との間に存在するエンタングルメント８をキュービットｑｂ４（１４で参照される）とｑｂ５（１５で参照される）との間に存在する別のエンタングルメント１６と併合することによって、そのエンタングルメント８を「延長する」ための併合動作の一例の実施形態を示す。
キュービットｑｂ２及びｑｂ４は、互いに極めて接近して配置される（通常、数十ミリメートル内）。
エンタングルメント８及び１６が生成される順序は関係ない（実際には、それらのエンタングルメントは同時に生成され得る）。必要とされるのは、共通の時点において、両方のエンタングルメントが使用可能な状態で存在することだけである。
そのような時点において、エンタングルメント８及び１６は、キュービットｑｂ２及びｑｂ４において局所的に実行される量子演算によって「併合される」（キュービットｑｂ２、ｑｂ４の量子状態がそれぞれＬＬＥ８、１６の生成直後に電子スピンから核スピンに転写されていた場合、併合動作が達成される前にこれらの状態が電子スピンに戻される必要がある）。
局所的な併合動作は、放射源２によって放射される光場を、２つのキュービットｑｂ２及びｑｂ４に、又はその逆に相次いで通し、その後に光場を測定することによって（図１Ｃのスナップショット（ｂ）を参照）達成される、図１Ａのエンタングルメント動作の最初のプロセスに類似の最初のプロセスを伴う。
この最初のプロセスは、成功した場合に、結果として、キュービットｑｂ２及びｑｂ４がエンタングルされた状態になり（図１Ｃのスナップショット（ｃ）におけるエンタングルメント１７によって示される）、リンクされた一連のエンタングルメントが生成され、それによりキュービットｑｂ１及びｑｂ５が互いにエンタングルされる。
その後、１つ又は複数のＸ測定１８を含む第２の測定プロセス（図１Ｃのスナップショット（ｄ）を参照）を用いて、エンタングルされた全体から中間キュービットｑｂ２及びｑｂ４を除去し、キュービットｑｂ１とｑｂ５との間に「延長された」エンタングルメント１９を残す。
キュービットｑｂ２及びｑｂ４は、最終的には、互いにエンタングルされなくなり、かつキュービットｑｂ１及びｑｂ５ともエンタングルされなくなる。
併合動作は、同じ場所に配置される２つのキュービット間の局所的な動作であるので、その成功確率は極めて高い。
【００３０】
併合動作の一部として行われる測定は、併合が成功したか否かの指示、及び併合動作の「一般化パリティ」の指示の両方を与える。
例えば、第１の併合動作プロセスが、キュービットパリティ値を測定し、第２の併合動作プロセスが、共役キュービットパリティ値を測定し得る。
この場合、第２のプロセスは、キュービットｑｂ２及びｑｂ４を通り抜ける光場を用いる単一のＸ測定として（その場合、光場は第１のプロセスにおいて用いられるのとは異なる値を有し、０、−１ではなく、例えば、０、＋１を有する）、又は、ｑｂ２及びｑｂ４上で個々に行なわれ、後に結合される個々のＸ測定として達成され得、後者の手法が図１Ｃに示される。
延長されたエンタングルメント１９のパリティは、エンタングルメント８及び１５のパリティと、併合動作のパリティとの結合になるであろう。
上記のように、キュービットパリティ値情報及び共役キュービットパリティ値情報がそれぞれ偶数パリティ及び奇数パリティの場合にそれぞれ２値「０」及び「１」によって表される場合、延長されたエンタングルメントのキュービットパリティ値情報及び共役キュービットパリティ値情報は、対応する構成要素パリティのそれぞれのＸＯＲ（排他的論理和）結合である。
【００３１】
併合動作の成否についての情報は古典的メッセージにおいて端部のキュービット位置に送られ、送られない場合には、これらの位置では、キュービットｑｂ１、ｑｂ５がエンタングルされたか否かがわからない。代替的には、併合動作の失敗確率は、通常、極めて低いので、成功したと仮定して、成功／失敗メッセージを送信しないようにしてもよい。この場合、応用形態次第で、延長されたエンタングルメント１９を消費して、エンタングルメントの不在につながる併合失敗を検出し、補償する。
エンタングルされたキュービットを利用するために、通常、延長されたエンタングルメントのパリティが知られる必要があるので、延長されたエンタングルメント１９のパリティを求めるために必要とされるパリティ情報も、端部のキュービット位置のうちのいずれか一方に渡される。
【００３２】
図１Ｃに関して上記で説明された併合動作の形態は、実効的には、エンタングルメントからｑｂ４を除去するためのｑｂ４に関するＸ測定（ｑｂ２は延長動作の一部として実行されるＸ測定によってエンタングルメントから除去されている）とともに、エンタングルメント８を延長するためにｑｂ２とｑｂ４との間の非常に短い距離にわたって実行される延長動作であることは理解されよう。
当然、エンタングルメント８がそこに向かって延長されつつあるキュービットｑｂ３そのものがまだエンタングルされていない図１Ｂの例の延長動作とは異なり、図１Ｃの対応するキュービットｑｂ４は既に第２のエンタングルメント１６に関与している。しかしながら、既に言及されたように、延長動作は、この可能性を包含する。
【００３３】
既に言及されたように、併合動作は、短い距離にわたって達成される（図１Ｃのキュービットｑｂ２とｑｂ３と間の）局所的な動作であるので、成功確率は高い。
併合動作は、１０−９ｓｅｃ程度かかる。
【００３４】
量子リピーター（図３Ａ及び図３Ｂ）
実際には、基本エンタングルメント動作が任意の適度な成功確率で利用され得る距離よりも長い距離だけ離れたそれぞれのエンドノードに配置される２つのキュービット間で延長されたエンタングルメントを生成しようとするとき、量子リピーターと呼ばれる、１つ又は複数の中間ノードを用いて基本エンタングルメントを併合し、合わせてエンドノード間の距離に及ぶようにする。
各量子リピーターノードは、実効的には、局所的なキュービットペアに関する併合動作を実施し、それらのペアは、図１Ｃのキュービットｑｂ２及びｑｂ４に対応し、他のノード内のキュービットとのそれぞれのエンタングルメントに関与する。
図３Ａは、そのような量子リピーターノード３０を示しており、その量子リピーターノードは、エンタングルすることが望まれる（が離れすぎていて、エンタングルメント動作を直に用いることができない）キュービットｑｂ１、ｑｂ５をそれぞれ収容する左エンドノード３１及び右エンドノード３２によって終端されるノード連鎖（順次系列）内の１つのノードを形成する。
この例では、ノード連鎖は３つのノードを含み、左エンドノード３１及び右エンドノード３２も、量子リピーター３０の左隣ノード及び右隣ノードを形成している。
量子リピーター３０は、左ローカルリンク光ファイバー３３Ｌ及び右ローカルリンク光ファイバー３３Ｒによって、それぞれその左隣ノード３１及び右隣ノード３２に接続される。
本明細書全体を通じて用いられるような用語「左」及び「右」は、単に、量子リピーターを含むノード連鎖の両方向（連鎖に沿った方向、連鎖の端部等）を区別するための便宜的なラベルとして理解されるべきであることに留意されたい。
【００３５】
量子リピーター３０は、実効的には、左部分及び右部分、又は左側及び右側を含み（図３Ａにおいて「Ｌ」及び「Ｒ」を付される）、それぞれキュービットｑｂ２、ｑｂ４を含む（理解しやすくするために、図３Ａでは、図１Ｃと同じキュービットの名称が用いられる）。
左隣ノード３１のキュービットｑｂ１及び量子リピーターノード３０のｑｂ２は、これらのノード間に形成されるＬＬＥ生成サブシステムの一部であり、ｑｂ１とｑｂ２との間に左ＬＬＥ８（図３Ａにおいて、矢印がある破線の弧８として示される）を生成するように機能する。
同様に、右隣ノード３２のキュービットｑｂ５及び量子リピーターノード３０のｑｂ４は、これらのノード間に形成されるＬＬＥ生成サブシステムの一部であり、ｑｂ５とｑｂ４との間に右ＬＬＥ１６を生成するように機能する。
【００３６】
各ＬＬＥを構成するために用いられる光場の進行方向（左から右、又は右から左）は重要ではなく、それゆえ、関連する放射源及び検出器の配置は所望のように設定され得ることに留意することができる。
例えば、ＬＬＥ８及び１６を生成することに関与する光場はいずれも量子リピーター３０から送出され得、それは、放射源が量子リピーター３０内に配置され、検出器が左隣ノード３１及び右隣ノード３２内に配置されることを意味する。
しかしながら、同じ形態の量子リピーターを連結するのを容易にするために、光場は全てノード連鎖に沿って同じ方向に進行することが好都合である。例えば、光場は全て左から右に進むように配置され得、その場合、量子リピーター３０の左側Ｌは、左ＬＬＥ８を生成するための検出器を含むことになり、右側Ｒは、右ＬＬＥ１６を生成するための放射源を含むことになる。
簡単にするために、かつ特に明記されない限り、これ以降、ノード間で光場は左から右の方向に進行すると仮定する。しかしながら、添付の特許請求の範囲は、光場のいかなる特定の進行方向に限定されると解釈されるべきでもなければ、種々のリンクにわたって進行方向が同じであることが明記されるか、又は暗黙のうちに要求されない限り、種々のリンクにわたって進行方向が同じであることに限定されると解釈されるべきでもない。
【００３７】
量子リピーター３０の動作時に、左ＬＬＥ８及び右ＬＬＥ１６を任意の順序で生成した後に、キュービットｑｂ２及びｑｂ４を伴う局所的な併合動作３４が達成され、それにより、左ＬＬＥ８及び右ＬＬＥ１６を併合し、エンドノード３１及び３２のそれぞれのキュービットｑｂ１とｑｂ５との間に延長されたエンタングルメント１９を形成する。
【００３８】
必要に応じて、併合動作の成否についての情報及びパリティについての情報が、量子リピーター３０からノード３１、３２に、古典的メッセージ３５において送られる。
【００３９】
パリティ情報に関して、ローカルリンクエンタングルメントのパリティが画一化されている場合（必要に応じてキュービット状態を反転することによる）、併合パリティ情報のみが量子リピーターによって順送りされる必要があり、いずれかのノード３１又は３２がこの情報を利用することができる。
しかしながら、ＬＬＥパリティ情報が単に格納された場合、量子リピーターは、所有する全てのパリティ情報を順送りする必要がある。例えば、左ＬＬ８及び右ＬＬＥ１６のパリティがそれぞれ量子リピーター３０及びノード３２によって知られている場合、量子リピーター３０は、ＬＬＥ８に関するパリティ情報及び併合パリティ情報の両方を、通常結合した後に、ノード３２に順送りする必要がある。
ここで、ノード３２は、量子リピーター３０から受信するパリティ情報を既にわかっているＬＬＥ１６についてのパリティ情報と結合することによって、延長されたエンタングルメントのパリティを求めることができる。
【００４０】
上記のことから、併合動作そのものは非常に迅速であるが（１０−９秒程度）、一般的に、ノード３１、３２のうちの遠い方へのメッセージ伝搬時間に対応する遅延があり、その後に、これらのノードが延長されたエンタングルメント１９を有効に利用できるようになることが、理解され得る。
【００４１】
複数の量子リピーターを連結することによって、任意に離隔して配置されるノードペア間に延長されたエンタングルメントを生成することが可能である。
図３Ｂは、左ノード３１及び右ノード３２、並びに（Ｎ−２）個の一連の量子リピーター３０（それぞれ「ＱＲ」を付されており、簡単にするために、Ｌ及びＲキュービットを表す２つの円を有する長方形として図式的に示される）を含む、Ｎ個のノード連鎖について、このエンタングルメント生成を示す。
ノード３０〜３２は光ファイバー（図示せず）によって連鎖の中に相互接続され、左から右に番号を付される。各ノードの番号ｎは、各ノードの下に与えられており、ノード番号「ｊ」は、その連鎖に沿った任意のＱＲノード３０を表す。
ＱＲノードのノード番号は、ノードを識別するための添え字として用いられ得る。したがって、「ＱＲｊ」は、ｊを付された量子リピーターノードを指している。
このノード表現、番号付与及び識別は、本明細書全体を通じて用いられる。
【００４２】
図３Ｂでは、それぞれのノードペア内のキュービット間に３つの既存のエンタングルメント３６、３７及び３８が示される。便宜上、ノード連鎖に沿ったエンタングルメントをハイレベルにおいて参照するとき、本明細書では、その間にエンタングルメントが存在するキュービットを保持するノードペアを参照することによって、特定のエンタングルメントが識別されることになり、この参照は２つの要素の一組のノード番号の形をとる。
したがって、エンタングルメント３８は、（Ｎ−１）及びＮの番号を付される隣り合うノード内のキュービット間のローカルリンクエンタングルメントＬＬＥであり、一組のノード番号｛（Ｎ−１），Ｎ｝によって識別可能である。
エンタングルメント３６及び３７（図３Ｂにおいて中太の弧によって示される）は、それぞれ、ノードペア｛１，ｊ｝及び｛ｊ，（Ｎ−１）｝内のキュービット間に存在する延長されたエンタングルメントであり、これらのエンタングルメントは、ＬＬＥの併合によって生成されている。
左エンドノード３１及び右エンドノード３２内のキュービット間の終端間（本明細書において略して「Ｅ２Ｅ」で表される）エンタングルメント（図３における太い弧３９を参照）を生成するために、最初に、ＱＲｊによってエンタングルメント３６及び３７を併合することができ、結果として生成される延長されたエンタングルメントが、その後、ＱＲ（Ｎ−１）によってＬＬＥ３８と併合される。代替的には、エンタングルメント３７及び３８を、ＱＲ（Ｎ−１）によって最初に併合することができ、その後、結果として生成された延長されたエンタングルメントがＱＲｊによってエンタングルメント３６と併合される。
【００４３】
エンタングルメントビルドパス
エンタングルメントの「エンタングルメントビルドパス」（ＥＢＰ）は、延長されていない又は延長されたエンタングルメントの生成において用いられる１つ又は複数の介在する光場によって進行される、総合的なキュービット間経路である。
複数の経路セグメントが存在する場合（すなわち、その経路が３つ以上のキュービットを含む場合）、図３ＢのＥ２Ｅエンタングルメントがどのように生成されるかを検討することから明らかになるように、光場は必ずしも順次にそれぞれのセグメントを横切るとは限らない（この例では、エンタングルメントビルドパスは、量子リピーターの連鎖の左側キュービット及び右側キュービットを介する、一方のエンドノードから他方のエンドノードまでの経路である）。
【００４４】
ローレベル量子物理ハードウェアの表現
キュービットの物理的な実施態様の特定の形態、及び、エンタングルメント、延長及び併合動作を実行する方法の詳細（例えば、ごくわずかな量の光が用いられるか、多数の光子からなるレーザーパルスが用いられるか）は、本明細書に対する直接的な関連性はなく、したがって、本明細書において更に説明されることはなく、適切な実施態様は当業者にとって既知であると理解されたい。
代わりに、量子演算を実施するための物理的なハードウェア（「量子物理ハードウェア」）は、本明細書において「Ｑブロック」と呼ばれる基本ブロックの形で表されることになり、基本ブロックは、１つのキュービット及び関連する光ファイバーの実施態様及びそれらとの相互作用を提供する。
【００４５】
図４は、それぞれ４０、４２及び４４で参照される３種類のＱブロックを表す。
【００４６】
Ｑブロック種類４０は、１つのキュービットを明示し、そのキュービットとの図１Ａの「捕捉」相互作用を実行するために、すなわち、光場を制御しながら準備状態にあるキュービットを通して送出するために必要とされる物理的なハードウェアを表す。
この種類のＱブロックは、本明細書において「捕捉Ｑブロック」と呼ばれ（図面では、略して「Ｑブロック（Ｃ）」で表される）、キュービット１０及び光場放射源１２の物理的な実施態様を含み、それとともに、適切な光学系統、キュービットを準備状態にし光場が入ることを許されるときを除いてキュービットを閉鎖するための機能（例えば、電子光学シャッタを用いる）、必要に応じて電子スピンと核スピンとの間（逆も同様）で量子状態を転写するための機能（関係するキュービットの実施態様にとって適している場合）、及び「発射」信号４１の受信時に、捕捉Ｑブロックの動作を調整してそのキュービットを通して（そのＱブロックから外に）光場を送出するための制御機能も含む。
【００４７】
Ｑブロック種類４２は、１つのキュービットを明示し、そのキュービットとの図１Ａの「転送」相互作用を実行するために、すなわち、受信した光場を準備状態にあるキュービットを通して送出し、その後、光場を測定するために必要とされる物理的なハードウェアを表す。
この種類のＱブロックは、本明細書において「転送Ｑブロック」と呼ばれ（図面では、略して「Ｑブロック（Ｔ）で表される）、キュービット１０及び光場検出器１３の物理的な実施態様を含み、それとともに、適切な光学系統、キュービットを準備状態にし光場が入ることを許されるときを除いてキュービットを閉鎖するための機能（例えば、先駆光パルス６に応答する）、必要に応じて電子スピンと核スピンとの間（逆も同様）で量子状態を転写するための機能（関係するキュービット実施態様にとって適している場合）、及び転送Ｑブロックの動作を調整して測定結果４３を出力するための制御機能も含む。
【００４８】
Ｑブロック種類４４は、捕捉ブロック種類４０及び転送Ｑブロック種類４２の両方の機能を組み込むＱブロックの汎用形であり、捕捉及び転送の両方の相互作用を達成するために用いられ得る。
便宜上、このＱブロック種類は、本明細書において、限定する文字を用いることなく単に「Ｑブロック」と呼ばれ、捕捉Ｑブロック４０の使用又は転送Ｑブロック４２の使用について具体的に指摘されていない限り、このＱブロックは、関係する状況においてＱブロックが実際には捕捉及び転送の両方の相互作用機能を含む必要がない場合であっても、一般的に参照されることになる種類のＱブロックであり、当業者であれば、そのような事例を認識すること、及びその状況においてＱブロックによって捕捉相互作用機能が必要とされるか、転送相互作用機能が必要とされるかを見分けることは難しくないであろう。
Ｑブロックが捕捉種類であるか、転送種類であるかについてそれ以上具体的にしない１つの理由は、多くの場合に、協動するＱブロックが他方の種類であることを条件に、いずれの種類も用いされ得ることである（その間の光場の進行方向は重要でない）。
【００４９】
その種類にかかわらず、全てのＱブロックは、Ｘｍｅａｓ信号４５の受信に応答してＸ測定を実行し、それにより、Ｑブロックを延長及び併合動作において使用できるようにするための機能を含むように講じられる。Ｘ測定の結果は、結果信号４３において与えられる。Ｑブロックが転送相互作用機能を有する場合に、Ｘ測定機能は、通常、転送相互作用機能に関連付けられる検出器２を使用することを理解されたい。
当然、Ｘ測定機能は、エンタングルメント動作について不要であるので、そのような動作の場合にしか用いられないＱブロックから省かれ得る。
【００５０】
１つのノード内に複数のＱブロックが存在する場合、Ｑブロック間の或る特定の構成要素を共用する可能性があることが留意され得る（例えば、捕捉相互作用機能を有する複数のＱブロックが存在する場合、全てのそのようなＱブロックに対して共通の光場放射源が用いられ得る）。
当業者は、そのような構成要素共用が可能である場合を理解するであろう。
【００５１】
エンタングルメント動作は、転送相互作用機能を有するＱブロック（転送Ｑブロック４２又は汎用Ｑブロック４４のいずれか）に光学的に結合された、捕捉相互作用機能を有するＱブロック（転送Ｑブロック４０又は汎用Ｑブロック４４のいずれか）を伴うことになり、そのエンタングルメント動作は、捕捉相互作用機能を有するＱブロックに送信される発射信号４１によって開始され、その動作の成否は、転送相互作用機能を有するＱブロックによって出力される結果信号４３において指示される。
【００５２】
延長動作が達成されることになる場合、延長動作の初期エンタングルメント動作構成要素も、捕捉相互作用機能を有するＱブロック及び転送相互作用機能を有するＱブロックを伴うことになる。
全ての種類のＱブロックにおいてＸ測定機能を与えることによって、このキュービットを実現するＱブロックにＸｍｅａｓ信号を送信することにより、中間キュービットをエンタングルメントから後に除去できるようになり、測定結果はこのＱブロックによって出力される結果信号４３において与えられる。
【００５３】
併合動作が達成されることになる場合、これも、捕捉相互作用機能を有するＱブロック及び転送相互作用機能を有するＱブロックを伴うことになる。
再び、全ての種類のＱブロックにおいてＸ測定機能を与えることによって、併合動作に関与するキュービット（複数の場合もあり）をエンタングルメントから除去できるようになる。
測定結果は、適切なＱブロックによって出力される結果信号４３において与えられる。
【００５４】
図５は、それぞれのＱブロック４４を用いて実現されるような図２のＬＬＥ生成サブシステム２５を示す。
それぞれのＱブロック４４は各ノード２１及び２２内に設けられ、これらのＱブロックは、ローカルリンクファイバー２３を通じて光学的に結合される。
各Ｑブロック４４はノード２１内のＬＬＥ制御ユニット５３及びノード５４，５３内のＬＬＥ制御ユニット５４によって形成される、関連制御ロジックを有する。
図５において示されるＱブロック４４は汎用種類であるので、エンタングルメント生成に関与する光場のローカルリンクファイバー２３に沿った進行方向は束縛されない。したがって、ノード２１のＱブロック４４は捕捉Ｑブロックとしての役割を果たすことができ、ノード２２のＱブロックは転送Ｑブロックとしての役割を果たすことができるか、又はノード２１のＱブロック４４は転送Ｑブロックとしての役割を果たすことができ、ノード５１のＱブロックは捕捉Ｑブロックとしての役割を果たすことができる。
【００５５】
図５のＬＬＥ生成サブシステム２５では、単一のＱブロック４４が、単に、ローカルリンクファイバー２３に直に結合される。
しかしながら、多くの場合に、その時点の動作要件に応じて、ノードのＱブロック（複数の場合もあり）に／ノードのＱブロック（複数の場合もあり）から光場を適切に誘導するために、ノード内に制御可能な光ファブリックを設ける必要がある。
例えば、１つのノード内に同じ外部ファイバーを共用する複数のＱブロックが存在する場合、出射する光場を共通のファイバー上で併合するために、又はファイバーから入射する光場を選択されたＱブロックに向けるために、光ファブリックが必要とされ得る。別の例では、Ｌ側Ｑブロック及びＲ側Ｑブロックを、ＬＬＥ生成のためにそれぞれの左ローカルリンクファイバー及び右ローカルリンクファイバーと光学的に接続することから、局所的な併合動作のために互いに光学的に接続することに切り替えるために、量子リピーターノード（図３Ａのノード３０等）において光ファブリックが必要とされ得る。
【００５６】
それゆえ、一般論として、ノードの量子物理ハードウェア、すなわち、キュービットを実現し、光場を通してキュービットの相互作用を支援する物理的な素子は、１つ又は複数のＱブロックだけでなく、Ｑブロック（複数の場合もあり）が実効的に埋め込まれる光ファブリックも含む。
一例として、図６は、量子リピーターノードのためのそのような表現を示す。したがって、量子物理ハードウェア６０は、Ｑブロック４４に／Ｑブロック４４から光場を誘導するための光ファブリック６１を含むように示されており、Ｑブロック４４は、光ファイバー６１内に存在するように示されており、ローカルリンクファイバー６２、６３はその光ファブリックに直に結合されている。
１つのＬ側Ｑブロック及び１つのＲ側Ｑブロックが実線輪郭で示されており、取り得る更なるＬ側Ｑブロック及びＲ側Ｑブロックが、それぞれの破線輪郭のＱブロックによって示される。
【００５７】
本明細書において用いられるように、上記の一般化された量子物理ハードウェア表現の任意の事例（量子リピーターに関して図６に示される事例等）は、関与するＱブロックの数及び種類、並びにその意図した役割について適している、関係する量子物理ハードウェアの全ての取り得る実施態様を包含することを意図している（図６は、ＱブロックをＱブロック４４として、すなわち、汎用種類からなるＱブロックとして示すが、これは単に、全ての取り得る実施態様を包含することであり、量子リピーターにおいてＱブロックによって果たされる役割の要件ではないことが留意されよう。特定の実施態様は、その役割に相応しいように他の種類のＱブロックを用い得る。上記の一般化された量子物理ハードウェア表現におけるＱブロック４４のこの使用は、量子リピーターについての量子物理ハードウェアの図６の表現には制限されない）。
【００５８】
量子物理ハードウェアによって実行されることになる量子演算に応じて、量子物理ハードウェアは、種々の制御信号を受信し、結果信号を出力するように構成される。
量子リピーターについて適している図６の量子物理ハードウェアブロック６０の事例では、量子物理ハードウェアは、エンタングルメント生成動作を制御するための「発射制御」信号６４及び「ターゲット制御」信号６５を受信し、併合動作を制御するための「併合」信号６７を受信し、これらの動作の結果を指示する「結果」信号６６を出力するように構成される。
信号６４〜６７は、特定のＱブロックを指示するようにパラメータ化され得る。
ターゲット制御信号は、後に明らかになるように、量子リピーターの実施形態によっては不要である。
図６の量子物理ハードウェア６０の一実施態様では、発射制御信号６４は、
−捕捉相互作用機能を有する１つ又は複数のＱブロックをローカルリンクファイバーのうちの１つに光学的に結合するために光ファブリック６１を（まだそのように構成されていない場合に）適切に構成するためのセットアップ信号、及び
−捕捉相互作用機能を有する１つ又は複数のＱブロックによる光場発生をトリガーするための上記の「発射」信号（複数の場合もあり）の両方を含み、
ターゲット制御信号６５は、
−転送相互作用機能を有するＱブロックをローカルリンクファイバーのうちの１つに光学的に結合するために光ファブリック６１を（まだそのように構成されていない場合に）適切に構成するためのセットアップ信号を含む。
更に、この実施態様において、併合信号６６は、
−リピーターのＬ側及びＲ側Ｑブロックを伴う併合動作を達成するために光ファブリック６１を（まだそのように構成されていない場合に）適切に構成するためのセットアップ信号、
−第１の併合動作プロセスをトリガーするための「発射」信号の両方を含み、
−図１Ｃの形態の併合動作が実行されている場合、第２の併合動作プロセスを形成するＸ測定を引き起こすための１つ又は複数のＸｍｅａｓ信号を含む。
【００５９】
延長動作を実行するように意図される量子物理ハードウェアの場合、量子物理ハードウェアは、発射制御信号（延長動作のエンタングルメント生成構成要素を実行するための信号）を受信し、結果信号を出力するように構成され、また、Ｘ測定を引き起こすためのＸｍｅａｓ信号を受信し、それにより延長動作を完了するように構成される。
【００６０】
ノードの光ファブリックは、デフォルト構成を有し得る。
例えば、図６の量子物理ハードウェア６０が１つのＬ側Ｑブロック及び１つのＲ側Ｑブロックのみを含む場合、光ファブリック６１は、Ｑブロックをローカルリンクファイバーのそれぞれに光学的に結合するＬＬＥ生成構成にデフォルトで設定されるように構成され得る。
この場合、併合信号６６は、併合動作を実行するのに必要とされる時間だけ、２つのＱブロックを一時的にのみ互いに光学的に結合するように構成される。
このような事例では、ターゲット制御信号６５を全く不要にすることができ、発射制御信号６４は、単に、適切なＱブロックに送信される発射信号を含む。
【００６１】
図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ及び図７Ｄは、左ローカルリンクファイバー６２及び右ローカルリンクファイバー６３を用いる量子リピーターの特定のＱブロック構成についての、量子物理ハードウェア６０、詳細には光ファブリック６１の実施態様の例を示す。
これらの図において、光ファイバーに沿った光場の進行方向は矢印によって示される。
【００６２】
図７Ａの実施態様は、１つのＬ側Ｑブロック及び１つのＲ側Ｑブロックを有する量子リピーターの場合に適用可能である。この実施態様では、いずれのＱブロックとも汎用Ｑブロック４４である。
左ローカルリンクファイバー６２はＬ側Ｑブロック４４の入力に直に結合し、右ローカルリンクファイバー６３はＲ側Ｑブロック４４の出力に直に結合する。
Ｌ側Ｑブロックの出力は、短い光ファイバー７０によって、Ｒ側Ｑブロック４４の入力に結合される。
ＬＬＥ生成動作の場合、Ｌ側Ｑブロック４４は、ローカルリンクファイバー６２に沿って光場を受信する転送Ｑブロックとして動作し、Ｒ側Ｑブロック４４は、そのキュービットを通り抜けた後に、ローカルリンクファイバー６３に沿って光場を送出する捕捉Ｑブロックとして動作する。
Ｑブロック４４間で併合動作を実行するために、Ｌ側Ｑブロック４４は、捕捉Ｑブロックとして動作し、そのキュービットを通り抜けた後に光場を光ファイバー７０に沿ってＲ側Ｑブロックに送出し、Ｒ側Ｑブロックは、ここでは転送Ｑブロックとして動作する。
発射制御信号、ターゲット制御信号及び併合信号６４、６５、６６のセットアップ信号は、ＬＬＥ生成／併合動作に適したＱブロックが実行されることを確保するように光ファブリック６１を構成する。
【００６３】
図７Ｂの実施態様も１つのＬ側Ｑブロック４４及び１つのＲ側Ｑブロック４４を有する量子リピーターの場合に適用可能である。この実施態様では、Ｌ側Ｑブロックは転送Ｑブロック４２であり、Ｒ側Ｑブロックは捕捉Ｑブロック４０である。
能動光スイッチ７２によって、Ｒ側捕捉Ｑブロック４０からの光場を、選択的に、右ローカルリンクファイバー６３に（ＬＬＥ生成動作が実行されることになるとき）、又はループバック光ファイバー７３に（併合動作が実行されることになるとき）、光学的に結合できるようになる。
受動光学併合ユニット７１によって、Ｌ側転送Ｑブロック４２が、左リンクファイバー６２、又はループバック光ファイバー７３のいずれかを介して入射する光場を受信できるようになる。
光スイッチ７２は、発射信号、制御信号及び併合信号６４、６５、６６のセットアップ信号に応じて設定される（これは、ターゲット制御信号を全く不要にすることができる場合の別の例である−この場合、ＬＬＥ生成のために光ファブリックを適切に構成するのに、発射制御セットアップ信号で十分であるためである）。
【００６４】
図７Ｃの実施態様は、複数のＬ側汎用Ｑブロック４４（一般的にｌ個）及び複数のＲ側汎用Ｑブロック４４（一般的にｒ個）を有する量子リピーターの場合に適用可能である。
この場合、能動光スイッチ７５Ｌが、左ローカルリンクファイバー６２をＬ側Ｑブロック４４とインターフェースさせ、受動光学併合ユニット７６Ｌが、Ｌ側Ｑブロック４４の出力を単一の中間ファイバー７０につなぐ。
同様に、能動光スイッチ７５Ｒが、中間ファイバー７０をＲ側Ｑブロック４４の入力とインターフェースさせ、受動光学併合ユニット７６Ｒが、Ｒ側Ｑブロック４４の出力を右ローカルリンクファイバー６３につなぐ。
ＬＬＥ生成動作の場合、光スイッチ７５Ｌは、左リンクファイバー６２を介して入射する光場を、Ｌ側Ｑブロック４４のうちの所望のＱブロックに切り替え、一方、光学併合ユニット７６Ｒは、Ｒ側Ｑブロック４４を右ローカルリンクファイバー６３に結合する。
併合動作の場合、光学併合ユニット７６Ｌ及び光スイッチ７５Ｒによって、Ｌ側Ｑブロック４４のうちのいずれか１つを、Ｒ側Ｑブロック４４のうちの所望のいずれか１つに光学的に結合できるようになる。
【００６５】
図７Ｄの実施態様は、複数のＬ側転送Ｑブロック４２（一般的にｌ個）及び複数のＲ側捕捉Ｑブロック４０（一般的にｒ個）を有する量子リピーターの場合に適用可能である。
この場合、受動光学併合ユニット７６は、Ｒ側捕捉Ｑブロック４０の出力を単一のファイバーにつなぎ、その後、ファイバーは、能動光スイッチ７８によって、右ローカルリンクファイバー６３又はループバック光ファイバー７９のいずれかに切り替えられる。
Ｌ側転送Ｑブロック４２の前方に配置される能動光スイッチ７５は、受動光学併合ユニット７７の出力を受信するように結合され、受動光学併合ユニットは、その入力側において、左ローカルリンクファイバー６２及びループバック光ファイバー７９に結合される。
能動光スイッチ７５によって、光学併合ユニット７７から受信される光場を、Ｌ側転送Ｑブロック４２のうちの所望の１つに選択的に送ることができるようになる。
【００６６】
ＬＬＥ生成動作の場合、光スイッチ７８は、Ｒ側捕捉Ｑブロック４０のうちの１つ又は複数によって出力される光場を右ローカルリンクファイバー６３に供給するように設定され、光スイッチ７５は、左ローカルリンクファイバー６２を介して受信される光場を、転送Ｑブロック４２のうちの選択されたＱブロックに供給するように設定される（選択されるブロックは、量子物理ハードウェアに供給されるターゲット制御セットアップ信号において指示される）。
併合動作の場合、光スイッチ７８は、Ｒ側捕捉Ｑブロック４０のうちの１つによって出力される光場をループバックファイバー７９に供給するように設定され（関係するＱブロックは量子物理ハードウェアに供給される併合セットアップ信号において指示されることになっている）、光スイッチ７５は、ループバックファイバー７９を介して受信される光場を、転送Ｑブロック４２のうちの選択されたＱブロックに供給するように設定される（再び、選択されるＱブロックは併合セットアップ信号において指示される）。
【００６７】
当然、ｌ個のＬ側Ｑブロック及びｒ個のＲ側Ｑブロックを有する図７Ｃ及び図７Ｄの量子物理ハードウェア実施態様の双方について、ｌ又はｒの値を１とすることができ、その場合、光学ハードウェア素子のうちのいくつか（光学併合／光スイッチ）を省くことができる。
【００６８】
量子リピーターの実施形態の一般形態
図８は、後に説明されることになる量子リピーターの実施形態の一般形態を示す。
【００６９】
より具体的には、量子リピーター８０は、図６に関して上記で説明された形態の量子物理ハードウェア６０を含み、１つ又は複数のＬ側及びＲ側Ｑブロック４４、及びそれぞれ光インターフェース１０２Ｌ、１０２Ｒを介して左ローカルリンクファイバー６２及び右ローカルリンクファイバー６３に結合される光ファブリック６１を含む。
既に示されているように、便宜的であり、限定するものではないが、ＬＬＥ生成に関与する光場は、（特に明記されない限り）ノード間のローカルリンクファイバーに沿って左から右に進行すると見なされ、それにより、図８のリピーター８０のＲ側Ｑブロック（複数の場合もあり）は、ＬＬＥ生成中に捕捉Ｑブロック（複数の場合もあり）としての役割を果たし（図示されない、右隣ノード内のＬ側Ｑブロック（複数の場合もあり）とともに右側ＬＬＥ生成サブシステム５６を形成する）、リピーター８０のＬ側Ｑブロック（複数の場合もあり）は、ＬＬＥ生成中に転送Ｑブロック（複数の場合もあり）としての役割を果たす（図示されない、左隣ノード内のＲ側Ｑブロック（複数の場合もあり）とともに左側ＬＬＥ生成サブシステム５５を形成する）。
【００７０】
Ｒ側ＬＬＥ（「Ｒ−ＬＬＥ」）制御ユニット８３は、ＬＬＥ生成に関してＲ側Ｑブロック（複数の場合もあり）を（適宜）選択してトリガーする発射制御信号を生成する役割を担う。
Ｌ側ＬＬＥ（「Ｌ−ＬＬＥ」）制御ユニット８２は、適宜、ＬＬＥ生成に関与するためのＬ側Ｑブロック（複数の場合もあり）を選択するためのターゲット制御信号を生成する役割を担う。また、Ｌ−ＬＬＥ制御ユニット８２は、Ｌ側Ｑブロックを伴うＬＬＥ生成動作の成否を示す、量子物理ハードウェア６０からの結果信号を受信するように構成される。
【００７１】
したがって、右側ＬＬＥ生成の開始は、実効的には、リピーター８０のＲ−ＬＬＥ制御ユニット８３の制御下にあることが、理解されよう（ユニット８３が、右側ＬＬＥを生成することに関与するＲ側Ｑブロックについての発射信号を生成する役割を担うため）。しかしながら、左側ＬＬＥ生成の開始は、実効的には、左隣ノード内のＲ−ＬＬＥ制御ユニットの制御下にある。
【００７２】
ＬＬＥ制御（「ＬＬＥＣ」）の古典的通信チャネル８４が、Ｌ−ＬＬＥ制御ユニット８２を、左隣ノードのＲ−ＬＬＥ制御ユニット（すなわち、Ｌ−ＬＬＥ制御ユニット８２と同じＬＬＥ生成サブシステム５５に関連付けられるＲ−ＬＬＥ制御ユニット）と相互通信させる。Ｌ−ＬＬＥ制御ユニット８２は、ＬＬＥＣチャネル８４を用いて、ＬＬＥ生成の成功／失敗メッセージ（図１のメッセージ１５）を左隣ノードのＲ−ＬＬＥ制御ユニットに送る。
【００７３】
ＬＬＥ制御（「ＬＬＥＣ」）の古典的通信チャネル８５は、Ｒ−ＬＬＥ制御ユニット８３を、右隣ノードのＬ−ＬＬＥ制御ユニット（すなわち、Ｒ−ＬＬＥ制御ユニット８３と同じＬＬＥ生成サブシステム５６に関連付けられるＬ−ＬＬＥ制御ユニット）と相互通信させる。Ｒ−ＬＬＥ制御ユニット８３は、ＬＬＥＣチャネル８５を介して、右隣ノードのＬ−ＬＬＥ制御ユニットから、ＬＬＥ生成の成功／失敗メッセージ（図１のメッセージ１５）を受信する。
【００７４】
ＬＬＥＣチャネル８４、８５上のメッセージは、本明細書において「ＬＬＥＣ」メッセージと呼ばれる。
【００７５】
ＬＬＥ生成に関与する光場がノード間のローカルリンクファイバーに沿って右から左に（左から右ではなく）進行するように構成される場合、Ｌ側ＬＬＥ制御ユニット８２及びＲ側ＬＬＥ制御ユニット８３の役割は逆であることは理解されよう。
【００７６】
併合制御（「ＭＣ」）ユニット８７は、併合されることになる局所的なＱブロックを適宜選択しそれらのＱブロックの併合をトリガーする併合信号を生成する役割を担う。
ＭＣユニット８７はまた、量子物理ハードウェア６０から、併合動作の成否及びパリティを示す結果信号を受信するように構成される。
【００７７】
併合制御（「ＭＣ」）の古典的通信チャネル８８、８９は、ＭＣユニット８７をその左隣接ノード及び右隣接ノードの対応するユニットと相互通信させて、パリティ情報、及び必要に応じて併合動作に関する成否情報の通過を可能とする。
ＭＣチャネル８８、８９上のメッセージは、本明細書において、「ＭＣ」メッセージと呼ばれる。
【００７８】
ＬＬＥＣ通信チャネル８４、８５及びＭＣ通信チャネル８８、８９は、任意の適切な高速通信接続（無線等）を介して設けられ得るが、光ファイバー上で光信号として搬送されることが好ましい。
より詳細には、ＬＬＥＣ通信チャネル８４、８５及びＭＣ通信チャネル８８、８９は、それぞれの専用の光ファイバーを介して搬送され得、また、同じファイバー上に多重化され得る（そのファイバーは、隣接するノード内のＱブロックを光学的に結合するローカルリンクのために用いられるファイバーとされ得る。例えば、ＭＣ通信チャネルは、このチャネル上でパリティ情報だけが送信されている場合に特に、先駆信号７９の輝度変調として実現され得る）。
より一般的には、ＬＬＥＣ通信チャネル及びＭＣ通信チャネルを一体にして、単一の全二重古典的通信チャネルにすることができる。
【００７９】
後に説明される実施形態では、ＬＬＥＣ通信チャネル８４、８５は、ローカルリンクファイバーによって搬送され、ＭＣ通信チャネル８８、８９は、左−右（「ＬＲ」）チャネル及び右−左（「ＲＬ」）チャネルに分割され、これら２つのＭＣチャネルは、ローカルリンクのために用いられるファイバーとは異なるそれぞれの光ファイバーによって搬送される。
ＬＲ  ＭＣチャネル及びＲＬ  ＭＣチャネル上のメッセージは、本明細書において、それぞれ「ＬＲ−ＭＣ」メッセージ及び「ＲＬ−ＭＣ」メッセージと呼ばれる。
チャネル及びファイバーのこの構成は単なる例示であり、代替的には他の構成を用いることができることは理解されよう。
【００８０】
量子リピーターの連鎖によってリンクされるエンドノードは、それぞれ、隣接する量子リピーターの対向する部分（Ｌ又はＲ）と連係して動作するための機能を含むことに留意されたい。
したがって、左エンドノードは量子リピーターのＲ側の機能に類似の機能を含み、それにより、左エンドノードは隣接するリピーターのＬ側と連係して動作できるようになり、右エンドノードは、量子リピーターのＬ側の機能に類似の機能を含み、隣接するリピーターのＲ側と連係して動作できるようになる。
【００８１】
エンタングルメントパリティに関して、以下に説明される実施形態では、キュービット状態反転によって画一化されるエンタングルメントのパリティではなく、各量子リピーターにおいて、ＬＬＥパリティ情報が格納され、その後、エンドノードまで累積的に順送りするために併合パリティ情報と結合され、それにより、エンドノードが終端間エンタングルメントのパリティを求めることができるようになる。
【００８２】
量子リピーターの実施形態の以下の説明では、主要リピーター構成要素に対して、図８の包括的な図において用いられるのと同じ参照番号が用いられ、これらの構成要素の具体的な実施態様は一般的に異なることが理解される。
【００８３】
「端部延長」量子リピーターの実施形態
図１０及び図２４においてそれぞれ示される第１の量子リピーターの実施形態及び第２の量子リピーターの実施形態は、ともに、その中間ノードが量子リピーターであるノード連鎖のうちの左エンドノード及び右エンドノード内のキュービット間で終端間（Ｅ２Ｅ）エンタングルメントを生成するために、「端部延長」に基づいて機能する（operate on an "Extended-from-End" basis）。
「端部延長」に基づいてＥ２Ｅエンタングルメントを生成することは、繰返しプロセスを伴い、その繰返しプロセスは、エンドノードのうちの第１のエンドノードと隣接する量子リピーターとの間のＬＬＥで開始し、第１のエンドノードとノード連鎖の量子リピーターとの間に存在するエンタングルメントを、その量子リピーターと第１のエンドノードから離れた側にある該量子リピーターの隣接ノードとの間に形成されるＬＬＥと併合することによって、そのエンタングルメントを延長する繰返しプロセスである。
７つのノードからなる一例の連鎖の左端からＥ２Ｅエンタングルメントを生成する場合のこの繰返しプロセスが、図９（ａ）〜（ｇ）において示される。この連鎖は、左エンドノード９１及び右エンドノード９２、並びに５つの中間量子リピーター（ＱＲ）ノード９０を含む（ノードを光学的に結合するローカルリンクファイバーは、図面を不必要に見にくくしないようにするために、図９（ａ）においてのみ示される）。
図９に関して用いられるノード表現、ノード番号付与ｎ及びリピーター識別ＱＲｎは、図３の場合に用いられたのと同じである。詳細には、図９の左ノード及び右ノードの場合にそれぞれ、ｎ＝１及びｎ＝７である。
ノード間の矢印のある弧はエンタングルメントを表しており、実線の弧はＥ２Ｅエンタングルメントを構築する「端部延長」プロセスに関係があるのに対して、破線で示される弧は付随するＬＬＥである。
【００８４】
図９（ａ）は初期状態を示しており、左エンドノード９１と隣接する量子リピーターＱＲ２９０との間にＬＬＥ９４が既に生成されている。
【００８５】
図９（ｂ）〜図９（ｆ）のそれぞれは、「端部延長」プロセスのそれぞれのエンタングルメント延長繰返しを表しており、関係する繰返しにおいて延長されることになるエンタングルメントが中太の弧として示されており、作業中量子リピーター（すなわち、エンタングルメント延長併合を達成することになる量子リピーター）は斜線で示される。
図９（ｂ）〜（ｆ）では、作業中量子リピーターがその併合動作を達成する直前の各繰返しが示される。
【００８６】
図９（ｇ）は、図９（ｆ）の最後のエンタングルメント延長繰返しの結果生じるＥ２Ｅエンタングルメント９５（太い弧の矢印）を示す。
【００８７】
「端部延長」プロセスにおいて用いられるＬＬＥは、例えば、量子リピーター９０によって継続的に生成され、それにより、エンタングルメントの寿命が限られているにもかかわらず、作業中量子リピーターから右に延びるＬＬＥが、そのリピーターによって必要とされるときに存在するか又は短時間だけ存在することになる。破線のＬＬＥは、そのような継続中のＬＬＥ生成プロセスの一部として、実際に必要とされる前に量子リピーターによって生成されるＬＬＥである。
【００８８】
図９に示される「端部延長」プロセスは、左エンドノード９１から右エンドノード９２までのＥ２Ｅエンタングルメントを構築するが、同じ全体的なプロセスを、右エンドノード９２から左エンドノード９１までのＥ２Ｅエンタングルメントを構築するために適用できることは理解されよう。
【００８９】
説明を簡単にするために、図９では、全ての併合が成功するものと仮定される。併合が失敗する場合には、「端部延長」プロセス全体が再開される。
【００９０】
図９において示される「端部延長」プロセスについて、複数の包括的な特徴に言及し得る。
詳細には、以下の通りである。
−繰り返す度に、作業中量子リピーター（エンタングルメント延長併合を達成する量子リピーター）が、左エンドノードから離れる方向に（すなわち、延長されるエンタングルメントを繋ぎ止めているエンドノードから離れる方向に）ノード連鎖に沿って１つだけシフトする。
−その併合プロセスを実行する前に、作業中量子リピーターは、以下の両方の条件が満たされたことを知る必要がある。
−作業中量子リピーターの左隣リピーター（延長されるエンタングルメントを繋ぎ止めているエンドノードに向かうリピーター）が、該左隣リピーターの併合動作を実行するのに成功しており、それにより、左エンドノードによって繋ぎ止められるエンタングルメントをその量子リピーターまで延長している（実際には、リピーターがこの情報を受信することによって、そのリピーターが現時点で動作業中リピーターであることが実効的にわかる）。
−そのリピーターと、その右隣ノード（延長されるエンタングルメントを繋ぎ止めているエンドノードから離れる方向にあるノード）との間にＬＬＥが存在する。
両方の条件が満たされるとき、作業中量子リピーターは、併合動作を実行し、左エンドノードに繋ぎ止められるエンタングルメントを更に延長することができる。併合を達成するのに成功した後に、そのリピーターは、その後に作業中リピーターになる、その右隣ノード（延長されるエンタングルメントを繋ぎ止めているエンドノードから離れる方向にあるノード）に通知する。
右隣ノードに送信される「併合成功」通知は実際には、作業中リピーター「トークン」である。このトークンは、ノード連鎖に沿って徐々に渡され、次にそのトークンを順送りするまで、現在の受信者が作業中リピーターである。
右エンドノードにトークンが到着すると、繰返しエンタングルメント延長プロセスが完了したことがマークされる。
【００９１】
第１の「端部延長」量子リピーターの実施形態（図１０）
次に、第１の「端部延長」量子リピーターの実施形態を、図１０を参照しながら説明するが、この量子リピーターは、Ｅ２Ｅエンタングルメントが生成されることになる左エンドノードと右エンドノードとの間のノード連鎖（図９に示されるもの等）内の中間ノードであるという状況において動作することが理解される。
【００９２】
図１０の量子リピーター１００の量子物理ハードウェア６０は、光ファブリック６１を含み、光ファブリックは、単一のＬ側Ｑブロック４４及び単一のＲ側Ｑブロック４４を提供し、左ローカルリンクファイバー６２及び右ローカルリンクファイバー６３と光学的に結合する。
【００９３】
図８との関連において既に包括的に説明されているように、ＬＬＥ生成において、量子リピーター１００のＲ側Ｑブロックは捕捉Ｑブロックとして動作し、そのＱブロックは、光場を、そのキュービットに通して、右ローカルリンクファイバー６３を介して右隣ノードのＬ側Ｑブロックまで送出し、そのＱブロックは転送Ｑブロックとして動作する。量子リピーター１００のＲ側Ｑブロックは、右隣ノードのＬ側Ｑブロックとともに、ＬＬＥ生成サブシステム５６を形成する。
量子リピーター１００のＬ側Ｑブロックは転送Ｑブロックとして動作し、そのＱブロックは、ともにＬＬＥ生成サブシステム５５を形成する左隣ノード転送Ｑブロックから、左ローカルリンクファイバー６３を介して光場を受信する。
Ｌ側及びＲ側Ｑブロックは、左ＬＬＥ制御ユニット８２及び右ＬＬＥ制御ユニット８３（すなわち、Ｌ−ＬＬＥ制御ユニット８２及びＲ−ＬＬＥ制御ユニット８３）によって、ＬＬＥ生成に関して管理される。
Ｒ−ＬＬＥ制御ユニット８３は、発射制御信号を生成する役割を担う。しかしながら、Ｌ−ＬＬＥ制御ユニット８２は、本実施形態では、ターゲット制御信号を生成するために必要とされない。
ＬＬＥ生成に関する結果信号は、Ｌ側ＱブロックからＬ−ＬＬＥユニット８２に送られる。
左ＬＬＥＤチャネル８４は、光インターフェース１０２Ｌを介して、左ローカルリンクファイバー６２上に与えられ、Ｌ−ＬＬＥ制御ユニット８２から左隣ノードのＲ−ＬＬＥ制御ユニットにＬＬＥ生成「成功／失敗」メッセージを送るために用いられる。
同様に、右ＬＬＥＣチャネル８５は光インターフェース１０２Ｒを介して右ローカルリンクファイバー６３上に与えられ、右隣ノードのＬ−ＬＬＥ制御ユニットからのＬＬＥ生成「成功／失敗」メッセージを、Ｒ−ＬＬＥ制御ユニット８３に送るために用いられる。
【００９４】
併合制御は併合制御（ＭＣ）ユニット８７によって達成され、そのユニットは、併合動作を開始し結果信号を受信するために量子物理ハードウェアとインターフェースしているのに加えて、Ｌ−ＬＬＥ制御ユニット８２及びＲ−ＬＬＥ制御ユニット８３と種々の信号を交換し、左光ファイバー１０３Ｌ及び右光ファイバー１０３Ｒ上で搬送される左−右併合制御（ＬＲ−ＭＣ）チャネル、並びに左光ファイバー１０４Ｌ及び右光ファイバー１０４Ｒ上で搬送される右−左併合制御（ＲＬ−ＭＣ）チャネルを介して送信されるメッセージによって、他のノードの併合制御ユニットと通信するように構成される。
ＭＣユニット８７のファイバーインターフェースユニット１０５は、ファイバー１０３、１０４と結合するための送信（Ｔｘ）インターフェース及び受信（Ｒｘ）インターフェースを提供するだけでなく、ファイバーを介して受信されたメッセージを、同じチャネルに沿って送るために、かつ／又はＭＣユニット８７の主要部分に与えるために、そのメッセージを優先順位付けする。
また、ファイバーインターフェース１０５は、ファイバー保全モニター１０６も含み、その目的は後に説明する。
【００９５】
・ＬＬＥ生成制御
次に、ＬＬＥ生成の更に詳細な説明を与える。
図８の汎用リピーターを検討する際に言及されたように、右側ＬＬＥ生成の開始は、リピーターのＲ−ＬＬＥ制御ユニット８３の制御下にあるのに対して、左側ＬＬＥ生成の開始は、左隣ノード内のＲ−ＬＬＥ制御ユニットの制御下にある。
後に更に十分に説明されるように、リピーター１００のＲ−ＬＬＥ制御ユニット８３は、右側ＬＬＥの生成が最小遅延で再生しながら行なわれるように構成され、すなわち、右側ＬＬＥが併合動作において用いられ、又はそのキュービットのうちの一方（又は両方）の状態が大きく劣化しすぎたので使用できなくなると、直ちに、新たな右側ＬＬＥ生成動作が開始される。
これは、リピーター１００が作業中リピーターになるときに（図９に関して上記で説明された「端部延長」プロセスに関して）、右側ＬＬＥが存在する可能性を最大にするための役割を果たす。
右側ＬＬＥを生成するための代替の方策も可能であり、例えば、リピーターが作業中リピーターになるときにのみ右側ＬＬＥ生成を開始する。
リピーター１００のＬ−ＬＬＥ制御ユニット８２の役割は、それよりも受動的であり、ＬＬＥ生成の成否を報告することを伴う。
【００９６】
ＬＬＥ制御ユニット８２、８３の機能を、それぞれの制御状態機械１０７Ｌ、１０７Ｒ及び関連するタイマー１０８Ｌ及び１０８Ｒの動作に関して説明する。
【００９７】
タイマー１０８Ｌ、１０８Ｒを用いて、それぞれＬ側Ｑブロック４４及びＲ側Ｑブロック４４のキュービットの有効寿命を追跡し、各タイマーは、キュービットが構成されるときに関連する状態機械１０７Ｌ、１０７Ｒから送信される「再始動」信号によってリセットされ、始動されて、キュービットの有効寿命に対応する或る決まった時間後に、タイムアウト信号（適宜、「Ｌ−タイムアウト」又は「Ｒ−タイムアウト」）を返送する。
【００９８】
図１１及び図１２は、右ＬＬＥ制御ユニット状態機械１０７Ｒ及び左ＬＬＥ制御ユニット状態機械１０７Ｌについての状態遷移図を示す。
これらの状態遷移図において、状態は太い縁の丸によって示され、状態遷移は矢印のある弧によって示され、或る状態からの遷移をトリガーする事象は丸英字「Ｅ」によって指示され、関連する角括弧内の説明文字は関係する事象の性質を指示し、事象によってトリガーされる状態遷移において行われる動作は、関連する状態遷移弧上に配置される長方形の枠内に指示される。
【００９９】
最初にＲ−ＬＬＥ制御ユニット状態機械１０７Ｒ（図１１）について考えると、これは２つの状態、すなわち、「右エンタングル済み」を付され、状態機械がＲ側Ｑブロックのキュービットがエンタングルされたときにある第１の状態１１０と、「保留」を付される第２の状態１１１とを有する。
状態機械１０７Ｒに入力される／状態機械１０７Ｒによって出力される信号は以下のものを含む。
入力
−タイマー１０８Ｒから受信される「Ｒ−タイムアウト」信号；
−右隣ノードからＬＬＥＣチャネル８５を介して受信される右側ＬＬＥ生成「成功」及び「失敗」ＬＬＥＣメッセージ；及び
−ＭＣユニット８７から受信される「リセットＲ」信号；
出力
−タイマー１０８Ｒに送信される「再始動」信号；
−Ｒ側キュービットのタイムアウトの結果として右側ＬＬＥが満了する際にＭＣユニット８７に送信される「Ｒ満了」信号；
−量子物理ハードウェア６０に送信される発射制御信号；及び
−右側ＬＬＥの生成を指示するためにＭＣユニット８７に出力される「Ｒエンタングル済み」信号
入力信号は、状態遷移をトリガーする事象を構成する。
【０１００】
状態機械１０７Ｒが「リセットＲ」、ＬＬＥＤ「失敗」メッセージ、又は「Ｒタイムアウト」信号を受信するときはいつでも、その状態機械は、適切な発射制御信号（この場合、単に発射信号）を出力することによって右側ＬＬＥ生成を再開し、関連付けられるタイマー１０８Ｒを再始動して、Ｒ側キュービットの有効寿命の計時を開始する。これらの動作は、図１１において、「発射Ｒ」及び「再始動Ｒ−タイマー」を付される。
ここで、状態機械１０７Ｒは、その「保留」状態１１１となる。
【０１０１】
右側ＬＬＥを生成するのに成功する場合には、状態機械１０７ＲはＬＬＥＣ「成功」メッセージを受信することになり、そのメッセージによって、状態機械は、その「保留」状態１１１からその「右エンタングル済み」状態１１１（弧１１３を参照）に遷移し、「Ｒエンタングル済み」通知が、ＭＣユニット８７に送信される。
右側ＬＬＥ生成が不成功であり、結果としてＬＬＥＣ「失敗」メッセージを受信する場合、又はＲ側キュービットの有効寿命がタイムアウトし、結果として「Ｒ−タイムアウト」信号を受信する場合、又はＭＣユニット８７から「リセットＲ」信号が受信される場合には、右側ＬＬＥ生成が再開される（弧１１４）。
【０１０２】
状態機械１０７Ｒが、右側ＬＬＥ生成に成功した後にその「右エンタングル済み」状態にあるとき、２つの関連する事象のうちの１つが起こり得る。
第一に、タイマー１０８Ｒから「Ｒタイムアウト」信号が受信され得、その場合、右側ＬＬＥ生成が再開され、かつＭＣユニット８７が、「Ｒ満了」信号を通じて、右ＬＬＥが満了したことを通知されなければならない（弧１１５）。
第二に、ＭＣユニット８７から「リセットＲ」信号が受信され得（例えば、併合動作に成功した結果として）、その場合、右側ＬＬＥ生成が再開される（弧１１６）。
いずれの場合でも、状態機械１０７Ｒは、その「保留」状態１１１に戻る。
【０１０３】
次にＬ−ＬＬＥ制御ユニット状態機械１０７Ｌ（図１２）を考えると、これも２つの状態、すなわち、「左エンタングル済み」を付され、状態機械がＬ側Ｑブロックのキュービットがエンタングルされたときにある第１の状態１２０と、「保留」を付される第２の状態１２１とを有する。
状態機械１０７Ｌに入力される／状態機械１０７Ｌによって出力される信号は以下のものを含む。
入力
−タイマー１０８Ｌから受信される「Ｌ−タイムアウト」信号；
−左リンクファイバーを介して受信される光場によってＬ側キュービットがエンタングルされるのに成功したか否かを指示するために、量子物理ハードウェア６０から受信されるＬＬＥ生成結果信号「Ｌエンタングル済み」（左ＬＬＥパリティを含む）及び「Ｌ非＿エンタングル済み（L Not_Entangled）」；及び
−ＭＣユニット８７から受信される「リセットＬ」信号；
出力
−タイマー１０８Ｌに送信される「再始動」信号；
−ＬＬＥＣチャネル８４を介して左隣ノードに送信される左側ＬＬＥ生成「成功」及び「失敗」ＬＬＥＣメッセージ；及び
−Ｌ側キュービットのタイムアウトの結果として左側エンタングルメントが満了する際にＭＣユニット８７に送信される「Ｌ満了」信号。
入力信号は、状態遷移をトリガーする事象を構成する。
【０１０４】
状態機械１０７Ｌが「リセットＬ」又は「Ｌタイムアウト」信号を受信するときはいつでも、まだ「保留」状態１２１にない場合には、この「保留」状態１２１に遷移することになる。
ここで、状態機械１０７Ｌが、Ｌ側キュービットが左側ＬＬＥ（その左隣ノードによって開始される）においてエンタングルされるのに成功したことを知らせる「Ｌエンタングル済み」結果信号を量子物理ハードウェア６０から受信する場合には、状態機械１０７Ｌは、「左エンタングル済み」状態１２０に遷移する（弧１２３）。
同時に、状態機械１０７Ｌは、メモリ１１０１に左ＬＬＥパリティ情報を格納し、左隣ノードにＬＬＥＣ「成功」メッセージを送信し、その関連するタイマー１０８Ｌを再始動して、Ｌ側キュービットの有効寿命の計時を開始する。
【０１０５】
しかしながら、状態機械１０７Ｌが、その「保留」状態にあるときに、左側ＬＬＥ生成試行（その左隣ノードによって開始される）が失敗したことを知らせる「Ｌ非＿エンタングル済み」結果信号を量子物理ハードウェア６０から受信する場合には、状態機械１０７Ｌは左隣ノードにＬＬＥＣ「失敗」メッセージを送信し（弧１２５）、その「保留」状態１２１に留まる。
その「保留」状態にあるときに、状態機械１０７Ｌによって「Ｌタイムアウト」信号又は「リセットＬ」信号を受信しても、結果として状態機械１０７Ｌは単にこの状態に留まる（弧１２４）。
【０１０６】
左側ＬＬＥ生成に成功した後に、状態機械１０７Ｌがその「左エンタングル済み」状態にあるとき、２つの関連する事象のうちの１つが起こり得る。
第一に、タイマー１０８Ｌから「Ｌタイムアウト」信号が受信され得、その場合に、ＭＣユニット８７は、（「Ｌ満了」信号を通じて）左ＬＬＥが満了したことを通知され、状態機械１０７Ｌはその「保留」状態１２１に戻る（弧１２６）。
第二に、ＭＣユニット８７から「リセットＬ」信号が受信され得（例えば、併合動作に成功する結果として）、その場合には、状態機械１０７Ｒは単にその「保留」状態１２１に戻る（弧１２７）。
【０１０７】
・併合制御
次に、併合制御（ＭＣ）ユニット８７の機能を制御状態機械１０９の動作に関して説明し、ＭＣ状態機械１０９についての状態遷移図を示す図１３を参照する。
状態遷移、事象及び動作を表すために、図１３では、図１１及び図１２と同じ取り決めが用いられる。
【０１０８】
図９において示される「端部延長」プロセスを検討するときに上記で言及されたように、併合動作を達成する前に、このプロセスを実現する量子リピーター（量子リピーター１００等）は、以下の２つの条件が満たされるときを知る必要がある。
（ｉ）その左隣リピーターがその併合動作を実行するのに成功しており、それにより、左エンドノードによって繋ぎ止められるエンタングルメントを量子リピーターまで延長している。
（ｉｉ）リピーターとその右隣ノード（延長されたエンタングルメントを繋ぎ止めているエンドノードから離れる方向にあるノード）との間にＬＬＥが存在する。
この条件が満たされることを追跡するために、ＭＣ状態機械１０９は３つの状態を有する。すなわち、「待機」を付され、いずれの条件も満たされないときに状態機械が存在する第１の状態１３０、「左に併合済み」を付され、第１の条件のみが満たされるときに状態機械が存在する第２の状態１３１、及び「右準備済み」を付され、第２の条件のみが満たれるときに状態機械が存在する第３の状態１３２を有する。
【０１０９】
状態機械１０９は、上記で言及された以下の信号をリピーターの下位機能（Ｌ−ＬＬＥ制御ユニット８２、Ｒ−ＬＬＥ制御ユニット８３、及び量子物理ハードウェア６０）と交換する：
−併合を開始するために量子物理ハードウェア６０に出力される「併合」制御信号、及び状態機械１０９への入力として返される併合動作「結果」信号；
−右側ＬＬＥの生成を指示するためにＲ−ＬＬＥ制御ユニットから入力される「Ｒエンタングル済み」信号；
−左側エンタングルメント及び右側エンタングルメントのタイムアウトの結果として、Ｌ−ＬＬＥ制御ユニット８２及びＲ−ＬＬＥ制御ユニット８３からそれぞれ入力される「Ｌ満了」及び「Ｒ満了」信号；及び
−Ｌ−ＬＬＥ制御ユニット８２及びＲ−ＬＬＥ制御ユニット８３に出力される「Ｌリセット」及び「Ｒリセット」信号。
状態機械１０９は、併合制御（ＭＣ）チャネル上で以下のメッセージも受信及び送信する：
−ＬＲ−ＭＣチャネルファイバー１０３Ｌを介して左隣ノードから入力される「併合＿成功」及び「併合＿失敗」ＬＲ−ＭＣメッセージ−「併合＿成功」メッセージは実効的には上記の「トークン」を形成し、トークンはノード連鎖に沿って渡され、その受信者に作業中リピーターステータスを与えるので、このメッセージを受信することによって、現在のリピーターは作業中リピーターになる；
−ＬＲ−ＭＣチャネルファイバー１０３Ｒを介して右隣ノードに向かって出力される「併合＿成功」及び「併合＿失敗」ＬＲ−ＭＣメッセージ−「併合＿成功」メッセージ（作業中リピータートークン）を送信することによって、実効的には、作業中リピーターステータスが右隣ノードに転送される；
−ＲＬ−ＭＣチャネルファイバー１０４Ｒ上で入力される「ＥｃｈｏＭｅ」メッセージ；及び
−左エンドノードから延長されるエンタングルメントが失敗したことを左エンドノードに通知するために、ＲＬ−ＭＣチャネルファイバー１０４Ｌを介して出力される「Ｅ２Ｅ失敗」メッセージ。
状態機械１０９によって受信される入力信号は、状態遷移をトリガーする事象を構成する。
【０１１０】
この目的の場合、「ＥｃｈｏＭｅ」メッセージは、汎用ノードリセット信号と見なされ得る。ＭＣ状態機械１０９の現在の状態にかかわらず、「ＥｃｈｏＭｅ」メッセージを受信すると、ＭＣ状態機械は、その「待機状態」に遷移し、「リセットＬ」及び「リセットＲ」信号を送信する。
【０１１１】
ＭＣ状態機械１０９の基本動作は簡単である。
その「待機状態」１３０にあるとき（例えば、「ＥｃｈｏＭｅ」メッセージの受信後に）、その状態機械は以下のいずれかのメッセージを受信し得る。
−左エンドノードによって繋ぎ止められたエンタングルメントが量子リピーターまで延長されるのに成功したことを指示する「併合成功」ＬＲ−ＭＣメッセージ（別名、作業中ノードトークン）であり、その場合、状態機械１０９はその「左に併合済み」状態１３１に遷移する（弧１３３）；
−右側ＬＬＥの生成を指示する「Ｒエンタングル済み」信号であり、その場合、状態機械は「右準備済み」状態１３２に遷移する（弧１３４）；
状態機械が「左に併合済み」状態１３１にあるときに「Ｌ満了」信号が受信される場合には、状態機械は、その「待機」状態１３０に戻り（弧１３５）、ＲＬ−ＭＣメッセージ「Ｅ２Ｅ失敗」を送信し、左エンドノードに、そのノードから延長されたエンタングルメントが失敗したことを知らせる。この場合の失敗は、エンタングルメントの右側キュービット、すなわち、現在のリピーターのＬ側キュービットのタイムアウトに起因する。
状態機械が、その「右準備済み」状態１３２にあるときに「Ｒ満了」信号が受信される場合には、状態機械は単にその「待機」状態１３０に戻る（弧１３６）。
【０１１２】
状態機械１０９が「左に併合済み」状態１３１にあるときに「Ｒエンタングル済み」信号が受信される場合、又は状態機械がその「Ｒ準備済み」状態１３２にあるときに「併合成功」ＬＲ−ＭＣメッセージが受信される場合には、併合必須条件がいずれも満たされ、状態機械１０９は、その「待機」状態に遷移して戻る際に（弧１３７）、併合動作を開始するために量子物理ハードウェア６０に併合信号を送信し、ＬＲ−ＭＣ及びＲＬ−ＭＣメッセージにおいてこの動作の結果を知る必要があるノードに報告する。
併合が成功した場合には、ＬＲ−ＭＣメッセージ「併合成功」が右隣ノードに送信され、その制御を実効的に渡す（すなわち、エンドノードでない場合には、そのノードは作業中量子リピーターになる）。
併合が成功しなかった場合には、ＲＬ−ＭＣメッセージ「Ｅ２Ｅ失敗」が送信され、それにより、左エンドノードが、現在のエンタングルメント延長プロセスが失敗したことを知る。また、右隣ノードにＬＲ−ＭＣメッセージ「併合失敗」が送信され、そのノードのＬ−ＬＬＥ制御ユニット状態機械がその「保留」状態にリセットされる。
【０１１３】
ＭＣ状態機械１０９がその「待機」状態１３０又は「右準備済み」状態１３２にあるときにＬＲ−ＭＣ「併合失敗」メッセージを受信する結果として、Ｌ−ＬＬＥ制御ユニット状態機械に「リセットＬ」信号が出力され、その状態機械を「保留」状態にする。ＭＣ状態機械１０９の状態は変更されない（弧１３８、１３９）。
【０１１４】
厳密には、更なる状態「併合結果待ち受け」が図１３の状態図に含まれているべきであり、併合信号が送信された後に、かつ併合動作結果信号の受信を待つ間に、この状態に入ることは理解されよう。その状態は単に説明を明確にする理由から省略されている。
【０１１５】
パリティ情報に関して、ＬＲ−ＭＣメッセージ「併合成功」は、累積パリティ情報を含む。
ＭＣ状態機械１０９は、ＬＲ−ＭＣ「併合成功」メッセージを受信すると、累積パリティ情報を一時的にメモリ１１０２に格納するように動作する（弧１３３及び１３７上の動作を参照）。
弧１３７上で後に実行される局所的な併合動作が成功する場合には、ＭＣ状態機械１０９は、記憶装置１１０１に保持されている左ＬＬＥパリティ情報を、
（ｉ）メモリ１１０２に一時的に格納される累積パリティ情報と結合し（それにより、左エンドノードから延長するエンタングルメントのパリティを現在のリピーターに概念的に与え）、かつ
（ｉｉ）実行されたばかりの成功した併合についての併合パリティ情報と結合し、
それにより、更新された累積パリティ情報を生成し、その後に、ＭＣ状態機械１０９は、送信するＬＲ−ＭＣ「併合成功」メッセージにその情報を入れる。
【０１１６】
・ファイバーインターフェース及びＭＣメッセージ
上記で言及されたように、ＭＣユニット８７のファイバーインターフェースユニット１０５は、ＭＣチャネルファイバー１０３、１０４と結合するための送信（Ｔｘ）及び受信（Ｒｘ）インターフェースを提供するだけでなく、ＬＲ  ＭＣメッセージ及びＲＬ  ＭＣメッセージを、同じチャネルに沿って送るために、かつ／又はＭＣ状態機械１０９に与えるために、それらのメッセージを優先順位付けする。
【０１１７】
ＭＣメッセージは以下のようにグループ化され得る。
−リピーターのＭＣユニット８７によって、その右隣の対応するユニットに送信される「併合＿成功」ＬＲ−ＭＣメッセージ及び「併合＿失敗」ＬＲ−ＭＣメッセージ。
−既に示されているように、汎用リセット信号としての役割を果たす「ＥｃｈｏＭｅ」メッセージ。「ＥｃｈｏＭｅ」メッセージは左エンドノードによって最初に生成され、ＬＲ−ＭＣチャネルに沿って右エンドノードに直に送られる。右エンドノードでは、そのメッセージはＲＬ−ＭＣチャネルに沿ってエコーバックされ、左エンドノードに戻る経路に沿ってノードをリセットする。これにより、左エンドノードは、ノード連鎖全体の動作を円滑に開始／再開できるようになる。
−ノード連鎖に沿って右から左に送られる「Ｅ２Ｅ＿失敗」ＲＣ−ＭＣメッセージ及び「Ｅ２Ｅ＿成功」ＲＣ−ＭＣメッセージ。「Ｅ２Ｅ＿失敗」メッセージは、左エンドノードに、現在のエンタングルメント延長動作が失敗したことを通知する。既に説明されているように、「Ｅ２Ｅ＿失敗」メッセージは、任意のリピーター又は右エンドノードによって生成され得る。「Ｅ２Ｅ＿成功」メッセージは、Ｅ２Ｅエンタングルメントの生成に成功したことを左エンドノードに通知するために、右エンドノードによって生成される。
−右から左に送られる「経路＿断線」ＲＬ−ＭＣメッセージ。このメッセージの生成及び役割が以下に説明される。
上記のメッセージ（「Ｅ２Ｅ＿失敗」、「Ｅ２Ｅ＿成功」等）のうちのいくつかのメッセージの役割は厳密には併合制御ではないことは理解されよう。それにもかかわらず、上記の全てのメッセージは、本明細書において「ＭＣメッセージ」と呼ばれる。
【０１１８】
ファイバーインターフェースユニット８５は、受信されたＬＲ−ＭＣメッセージを優先順位付けして、ＭＣ状態機械１０９に「併合＿成功」及び「併合−失敗」メッセージを送り、かつＬＲ−ＭＣチャネルに沿って、「ＥｃｈｏＭｅ」メッセージを順送りする。
ユニット８５は、ＭＣ状態機械１０９によって生成された「併合＿成功」メッセージ及び「併合−失敗」メッセージをＬＲ−ＭＣチャネルに挿入するための役割も果たす。
【０１１９】
ファイバーインターフェースユニット８５は、受信されたＲＬ−ＭＣメッセージを優先順位付けして、「ＥｃｈｏＭｅ」メッセージをＭＣ状態機械１０９に送り、かつ「Ｅ２Ｅ＿失敗」メッセージ、「Ｅ２Ｅ＿成功」メッセージ、「ＥｃｈｏＭｅ」メッセージ及び「経路＿断線」メッセージをＲＬ−ＭＣチャネルに沿って順送りする。
ユニット８５は、「Ｅ２Ｅ＿失敗」メッセージ及び「経路＿断線」メッセージをＲＬ−ＭＣチャネルに挿入するための役割も果たす。
【０１２０】
ファイバーインターフェースユニット１０５のファイバー保全（integrity）モニター１０６は、ファイバー受信（Ｒｘ）インターフェース１１００に接続され、相互接続ファイバーにおけるファイバー断線を示す、上流ノード（ＬＲ−ＭＣチャネルの場合の左隣ノード及びＲＬ−ＭＣチャネルの場合の右隣ノード）からの信号の損失を検出する。
この信号損失を検出するためにモニターされる信号は、通常、ＭＣチャネル信号を搬送するために用いられる、連続的に存在するキャリア信号であるが、代替的には、専用の保全モニター用信号であってもよい。
ファイバー断線を検出すると、保全モニターユニット１０６は、「経路＿断線」信号を出力する。
これにより、左エンドノードに、ＭＣメッセージのために用いられるファイバーの障害を迅速に通知できるようになる。
【０１２１】
・ＬＬＥ生成における光場の方向逆転
既に示されているように、「左」及び「右」という用語は、ノード連鎖に沿った相対的な方向のための単なる便宜的なラベルである。
図１０の実施形態は、ＬＬＥ生成サブシステムにおいて右から左に進む光場に関しても同じように説明することができ（その事例では、ＬＬＥ生成の場合に、Ｌ側Ｑブロックは捕捉相互作用機能を必要とし、Ｒ側Ｑブロックは転送相互作用機能を必要とする）、Ｅ２Ｅエンタングルメントは右エンドノードから生成される。
【０１２２】
更に興味深い事例は、依然として左エンドノードからＥ２Ｅエンタングルメントを生成しながら、ＬＬＥ生成に関与する光場の進行方向を（右から左になるように）逆にすることである。
この事例に対応するために、右ＬＬＥ制御ユニット状態機械１０７Ｒ（Ｌ）及び左ＬＬＥ制御ユニット状態機械１０７Ｌ（Ｒ）に対して必要とされる変更は、実際にはごくわずかである。
−今度は、図１２のＬ−ＬＬＥ制御ユニット状態機械１０７Ｌは、Ｒ−ＬＬＥ制御ユニット状態機械としての役割を果たすが：
「左」及び「Ｌ」に対する全ての言及が「右」及び「Ｒ」に変更され、
付加的な動作「ＭＣ「Ｒエンタングル済み」を通知する」が弧１２３において行なわれる。
−ここで、図１１のＲ−ＬＬＥ制御ユニット状態機械１０７Ｒは、Ｌ−ＬＬＥ制御ユニット状態機械としての役割を果たすが：
「右」及び「Ｒ」に対する全ての言及が「左」及び「Ｌ」に変更され、
弧１１３上の動作「ＭＣ「Ｒエンタングル済み」を通知する」はもはや行なわれない。
パリティ情報に関して、リピーターは、その右ＬＬＥ（その左ＬＬＥでない）のパリティを測定及び格納し、併合制御ユニットは、そのパリティを、格納された右ＬＬＥパリティ及び局所的な併合動作のパリティと結合することによって、受信された累積パリティ情報を更新する。
その結果として、リピーターによって受信される累積パリティ情報は、そのまま、左エンドノードとそのリピーターとの間のエンタングルメントのパリティになる。
【０１２３】
２つの相補的な種類を有する、リピーターのハイブリッド形態も可能であり、その場合、ＬＬＥ生成中の光場の進行方向が、リピーターの左側及び右側の場合に逆であることにも、留意することができる。
したがって、このハイブリッドリピーターの一方の種類では、光場がリピーターの左側及び右側によって生成され、Ｌ及びＲキュービットをそれぞれ通り抜けた後に、左ローカルリンクファイバー及び右ローカルリンクファイバーを介して左隣ノード及び右隣ノードに送出される。このハイブリッドリピーターの他方の種類では、光場は、左ローカルリンクファイバー及び右ローカルリンクファイバーを介して左隣ノード及び右隣ノードからそれぞれリピーターの左側及び右側によって受信され、それぞれＬ及びＲキュービットに通された後に、測定される。
上記のハイブリッド形態の量子リピーター連鎖では、２つの種類のリピーターを交互に配置する必要があることは理解されよう。
制御ユニット８２、８３、８７は、所望により、左から右に、又は右から左にＥ２Ｅエンタングルメントを生成するように配置され得ることは更に理解されよう。
【０１２４】
・左エンドノード
その中間ノードが図１０の形態の「端部延長」量子リピーター１００によって構成されるノード連鎖の左エンドノードの動作に関して、この左エンドノード１４０（図１４）は、右隣リピーターノードに接続するローカルリンクファイバー１４１に結合されるＲ側捕捉Ｑブロック１４６を含む量子物理ハードウェア６０と、関連付けられたキュービットタイムアウトタイマー１４３を有するコントローラ１４２とを備える。
このコントローラ１４２は、ＬＬＥＣ及びＭＣチャネルを介して、右隣ノードと通信する。また、そのコントローラは、ローカルＥ２Ｅエンタングルメントコンシューマーアプリケーション１４５とメッセージを交換するように構成される。
左エンドノードコントローラ１４２の動作は、図１５に示される形の状態遷移図を用いる状態機械１４４によって表され得、この状態機械は、Ｒ−ＬＬＥ制御ユニット状態機械１０７Ｒ（図１１）に類似であるが、２つの付加的な状態を含むように変更されており、そのうちの一方は、ＥｃｈｏＭｅメッセージが返されるのを待つことに対応し、他方は、左エンドノードのＲ側キュービットが右エンドノードのＬ側キュービットとのエンタングルメントに成功することに対応する。
【０１２５】
より詳細には、左エンドノード状態機械１４４は、「保留」を付される第１の状態１５１と、「右エンタングル済み」を付される第２の状態１５２と、「Ｅ２Ｅエンタングル済み」を付される第３の状態１５３と、「エコー待ち受け」を付される第４の状態１５４とを有する。
状態機械１４４に入力される／状態機械１４４によって出力される信号は、以下のものを含む
入力
−タイマー１４３から受信される「タイムアウト」信号；
−ＬＬＥＣチャネルを介して右隣ノードから受信される右側ＬＬＥ生成「成功」及び「失敗」ＬＬＥＣメッセージ；
−ＲＬ−ＭＣチャネルを介して受信される「Ｅ２Ｅ失敗」及び「Ｅ２Ｅ成功」メッセージ；
−ＲＬ−ＭＣチャネルを介して受信される「ＥｃｈｏＭｅ」メッセージ；
−Ｅ２Ｅエンタングルメントを使用したときに、ローカルコンシューマアプリケーション１４５から受信される「消費済み」メッセージ。
出力
−タイマー１４３に送信される「再始動」信号；
−Ｒ側Ｑブロック１４６に送信される発射制御信号；
−ＬＲ−ＭＣチャネルを介して送信される「ＥｃｈｏＭｅ」及び「併合成功」メッセージ；
−Ｅ２Ｅエンタングルメントの使用準備が整っていることを示すために、ローカルＥ２Ｅエンタングルメントコンシューマアプリケーション１４５に送信される「Ｅ＿Ｇｏ」メッセージ；及び
−Ｅ２Ｅエンタングルメントが使用不可になっていることを示すために、ローカルＥ２Ｅエンタングルメントコンシューマアプリケーション１４５に送信される「Ｅ＿ＮｏＧｏ」メッセージ。
入力信号は状態遷移をトリガーする事象を構成する。
【０１２６】
左エンドノードが始動されるとき（弧１１５１）、左エンドノードは「ＥｃｈｏＭｅ」ＬＲ−ＭＣメッセージを送信し、状態機械１４４は、その「エコー待ち受け」状態１５４に入る。
「ＥｃｈｏＭｅ」メッセージが右エンドノードによってエコーバックされるとき、そのメッセージは全てのノードをリセットする；ＲＬ−ＭＣチャネル上でＥｃｈｏＭｅメッセージを受信すると、状態機械１４４は、右側ＬＬＥ生成を（適切な発射制御信号を出力することによって）開始し、その関連付けられたタイマー１４３を再始動し、その後、その「保留」状態１５１に遷移する。
【０１２７】
右側ＬＬＥを生成するのに成功した場合には、状態機械１４４は、ＬＬＥＣ「成功」メッセージを受信することになり、そのメッセージによって、状態機械は、その「保留」状態１５１からその「Ｒエンタングル済み」状態１５２に遷移し（弧１５５を参照）、「併合＿成功」ＬＲ−ＭＣメッセージが隣接ノードのＭＣユニットに送信され、それにより、そのノードは、図９の言葉を借りると、作業中リピーターになる。
右側ＬＬＥの生成に成功することは、左エンドノードに繋ぎ止められたエンタングルメントを右隣ノードに延長することに関して、左エンドノードの「端部延長」リピーター併合動作に相当するので、左エンドノードが併合動作を実行していない場合であっても、「併合＿成功」ＬＲ−ＭＣメッセージが送信される。
パリティ情報が入手できない（左エンドノード１４０がいかなる累積パリティ情報も受信せず、左ＬＬＥに関与せず、かつ併合動作を実行しない）とき、状態機械１４４は、送出する「併合＿成功」ＬＲ−ＭＣメッセージに、中立パリティ情報、すなわち、偶数パリティ指示を単に加える。
【０１２８】
右側ＬＬＥ生成が成功せず、結果としてＬＬＥＣ「失敗」メッセージを受信する場合には、又はＲ側キュービットの有効寿命がタイムアウトし、結果として「タイムアウト」信号を受信する場合には、右側ＬＬＥ生成が再開される（弧１５９）。
【０１２９】
右側ＬＬＥ生成に成功した後に左エンドノード状態機械１４４がその「右エンタングル済み」状態１５２にあるとき、３つの関連する事象のうちの１つが起こり得る。
第一に、右エンドノードから、Ｅ２Ｅエンタングルメントを生成するのに成功したことを示す「Ｅ２Ｅ成功」ＲＬ−ＭＣメッセージが受信され得る。この場合、状態機械１４４は、コンシューマアプリケーション１４５に（Ｅ＿Ｇｏメッセージを送信することによって）通知し、その「Ｅ２Ｅエンタングル済み」状態１５３に遷移する（弧１５７を参照）。
第二に、「Ｅ２Ｅ失敗」ＲＬ−ＭＣメッセージが受信され得、その場合、右側ＬＬＥ生成が再開され（弧１５６）、状態機械１４０はその「保留」状態１５１に戻る。
第三に、Ｒ側キュービットのタイムアウトを示す「タイムアウト」信号が受信され得る。Ｅ２Ｅエンタングルメントの生成は、この時点において、任意のノードに達している可能性があるので、状態機械１４４は、ＬＲ−ＭＣ「ＥｃｈｏＭｅ」メッセージを送信することによって、全てのノードをリセットし、その後、その「エコー待ち受け」１５４に遷移する（弧１１５２）。
【０１３０】
Ｅ２Ｅエンタングルメント生成に成功した後に左エンドノード状態機械１４４がその「Ｅ２Ｅエンタングル済み」状態１５３にあるとき、３つの関連する事象のうちの１つが起こり得る。
第一に、「タイムアウト」信号が受信され得、その場合、状態機械１４４はコンシューマアプリケーション１４５に（Ｅ＿ＮｏＧｏメッセージを送信することによって）通知し、全てのノードを（ＬＲ−ＭＣ「ＥｃｈｏＭｅ」メッセージを送信することによって）リセットし、その後、その「エコー待ち受け」状態１５４に遷移する（弧１１５３）。
第二に、コンシューマアプリケーション１４５から「消費済み」メッセージが受信され得、その場合、左側ＬＬＥ生成が再開され（弧１５６）、状態機械１４４は、その「保留」状態１４４に遷移する。
第三に、ＲＬ−ＭＣチャネル上で「Ｅ２Ｅ失敗」メッセージが受信され得る（例えば、右エンドノードキュービットがタイムアウトしたため）。この場合、状態機械１４４はコンシューマアプリケーションに（Ｅ＿ＮｏＧｏメッセージを送信することによって）通知し、ＬＬＥ生成を再開し、その後、その「保留」状態１５１に遷移する（弧１１５５）。
【０１３１】
左エンドノードは、ＲＬ−ＭＣチャネルを介して受信される「経路−断線」メッセージを取り扱うための機能も含む。この機能は、警報信号を生成するための役割を果たし、かつ／又は、ＬＲ−ＭＣチャネル上で受信され、ファイバー断線が修正されたことが示されるまで、ＲＬ−ＭＣチャネル上でＥｃｈｏＭｅメッセージを繰返し送信するための役割を果たし得る。
【０１３２】
・右エンドノード
その中間ノードが図１０の形態の「端部延長」量子リピーター１００によって構成されるノード連鎖の右エンドノードの動作に関して、この右エンドノード１６０（図１６）は、左隣リピーターノードに接続するローカルリンクファイバー１６１に結合されるＬ側転送Ｑブロック１６６を含む量子物理ハードウェア６０と、関連付けられたキュービットタイムアウトタイマー１６３を有するコントローラ１６２とを備える。
コントローラは、左ＬＬＥパリティ情報を格納するためのメモリ１６６を含む。
コントローラ１６２は、ＬＬＥＣ及びＭＣチャネルを介して、左隣ノードと通信する。また、コントローラ１６２は、ローカルＥ２Ｅエンタングルメントコンシューマアプリケーション１６５とメッセージを交換するように構成される。
右エンドノードコントローラ１６２の動作は、図１７に示される形の状態遷移図を用いる状態機械１６４によって表され得、この状態機械は、Ｌ−ＬＬＥ制御ユニット状態機械１０７Ｌ（図１２）に類似であるが、１つの付加的な状態を含むように変更されており、その状態は、右エンドノードのＬ側キュービットが左エンドノードのＲ側キュービットとのエンタングルメントに成功することに対応する。
【０１３３】
より詳細には、右エンドノード状態機械１６４は、「保留」を付される第１の状態１７１と、「左エンタングル済み」を付される第２の状態１７２と、「Ｅ２Ｅエンタングル済み」を付される第３の状態１７３とを有する。
状態機械１６４に入力される／状態機械１６４によって出力される信号は、以下のものを含む。
入力
−タイマー１６３から受信される「タイムアウト」信号；
−Ｌ側キュービットが左隣リピーターノードから受信される光場によってエンタングルされるのに成功したか否かを示すために、量子物理ハードウェア６０から受信されるＬＬＥ−生成  結果信号「Ｌエンタングル済み」及び「Ｌ非＿エンタングル済み」；
−ＬＲ−ＭＣチャネルを介して左隣ノードから受信される「併合成功」及び「併合失敗」メッセージ；
−ＬＲ−ＭＣチャネルを介して受信される「ＥｃｈｏＭｅ」メッセージ；並びに
−Ｅ２Ｅエンタングルメントを使用したときに、ローカルＥ２Ｅエンタングルメントコンシューマアプリケーション１６５から受信される「消費済み」メッセージ；
出力
−タイマー１６３に送信される「再始動」信号；
−ＬＬＥＣチャネルを介して左隣ノードに送信される左側ＬＬＥ生成「成功」及び「失敗」ＬＬＥＣメッセージ；
−ＲＬ−ＭＣチャネルを介して送信される「Ｅ２Ｅ失敗」及び「Ｅ２Ｅ成功」メッセージ；
−ＲＬ−ＭＣチャネルを介して送信される「ＥｃｈｏＭｅ」メッセージ；
−Ｅ２Ｅエンタングルメントの使用準備が整っていることを示すために、ローカルＥ２Ｅエンタングルメントコンシューマアプリケーション１６５に送信される「Ｅ＿Ｇｏ」メッセージ；並びに
−Ｅ２Ｅエンタングルメントが使用不可になっていることを示すために、ローカルＥ２Ｅエンタングルメントコンシューマアプリケーション１６５に送信される「Ｅ＿ＮｏＧｏ」メッセージ。
入力信号は状態遷移をトリガーする事象を構成する。
【０１３４】
右エンドノード状態機械１６４がその「保留」状態１２１にあるとき、ここで、右エンドノード状態機械１６４が、Ｌ側キュービットがＬＬＥ（その左隣ノードによって開始される）においてエンタングルされるのに成功したことを知らせる「Ｌエンタングル済み」結果信号を量子物理ハードウェア６０から受信する場合には、右エンドノード状態機械１６４はその「左エンタングル済み」状態１７２に遷移する（弧１７４）。
同時に、状態機械１６４は、メモリ１６６に左ＬＬＥのパリティを格納し、左隣ノードにＬＬＥＣ「成功」メッセージを送信し、その関連するタイマー１６３を再始動して、Ｌ側キュービットの有効寿命の計時を開始する。
【０１３５】
しかしながら、その「保留」状態にあるときに、右エンドノード状態機械１６４が、左側ＬＬＥ生成試行が失敗したことを知らせる「Ｌ非＿エンタングル済み」結果信号を量子物理ハードウェア６０から受信する場合には、状態機械１６４は、左隣ノードにＬＬＥＣ「失敗」メッセージを送信し（弧１７５）、その「保留」状態１７１に留まる。
その「保留」状態にあるときに、状態機械１６４によって「タイムアウト」信号を受信しても、状態機械は単にこの状態に留まる。
【０１３６】
左側ＬＬＥ生成に成功した後に右エンドノード状態機械１６４が、その「左エンタングル済み」状態１７２にあるとき、３つの関連する事象のうちの１つが起こり得る。
第一に、「タイムアウト」信号が受信され得、その場合、左エンドノードはＲＬ−ＭＣチャネル上で送信される「Ｅ２Ｅ失敗」メッセージを通して通知され、状態機械１６４は、その「保留」状態１７１に戻る（弧１７６）。
第二に、左隣ノードから、「併合失敗」ＬＲ−ＭＣメッセージが受信され得、その場合、状態機械１６４は単にその「保留」状態１７１に戻る（弧１７）。
第三に、左隣ノードから「併合成功」ＬＲ−ＭＣメッセージが受信され得、その場合、状態機械１６４は、（ｉ）「併合成功」メッセージにおいて受信された累積パリティをメモリ１６６に格納される左ＬＬＥパリティと結合することによって、新たに生成されたＥ２Ｅエンタングルメントのパリティを求め、（ｉｉ）ローカルコンシューマアプリケーション１６５に「Ｅ＿Ｇｏ」メッセージを送信して、Ｅ２Ｅエンタングルメントが利用可能であることを通知し（このメッセージはＥ２Ｅパリティ情報を含む）、（ｉｉｉ）左エンドノードに「Ｅ２Ｅ成功」ＲＬ−ＭＣメッセージを送信する（弧１７８）。その後、状態機械１６４は、その「Ｅ２Ｅエンタングル済み」状態１７３に遷移する。
【０１３７】
Ｅ２Ｅエンタングルメント生成に成功した後に、右エンドノード状態機械１６４が、その「Ｅ２Ｅエンタングル済み」状態１７３にあるとき、２つの関連する事象のうちの１つが起こり得る。
第一に、ローカルコンシューマアプリケーションから「消費済み」メッセージが受信され得、その場合、状態機械はその「保留」状態１７１に遷移する。
第二に、「タイムアウト」信号が受信され得、その場合、状態機械１６４は、ローカルコンシューマアプリケーション１６５に「Ｅ＿ＮｏＧｏ」メッセージを送信して、Ｅ２Ｅエンタングルメントがもはや利用できないことを通知し、かつ左エンドノードに「Ｅ２Ｅ失敗」ＲＬ−ＭＣメッセージを送信する（弧１７０）。その後、状態機械１６４は、その「保留」状態１７１に遷移する。
【０１３８】
右エンドノードは、ＲＬ−ＭＣチャネル上でメッセージを返送し、その先行する状態にかかわらず、右エンドノード状態機械１６４をその「保留状態」１７１に遷移させることによって、ＬＲ−ＭＣチャネル上で受信される「ＥｃｈｏＭｅ」メッセージに応答するための機能も含む。さらに、状態機械の先行する状態が「Ｅ２Ｅエンタングル済み」であった場合には、ローカルコンシューマアプリケーション１６５に「Ｅ＿ＮｏＧｏ」メッセージが送信される。
【０１３９】
・スループット向上
Ｅ２Ｅエンタングルメント生成の成功率を高めるために、上記の第１の量子リピーターの実施形態に種々の変更を加えることができる。
５つのそのような変更が以下に検討されるが、Ｅ２Ｅエンタングルメント生成率を高めるために、これらの変更を単独で、又は組み合わせて用いることができることは理解されたい。
【０１４０】
１）直ちに再利用するためにノード連鎖を解放する
これまでに説明されたように、Ｅ２Ｅエンタングルメントが生成されると、ノード連鎖（左エンドノード１４０、右エンドノード１６０及び中間リピーターノード１８０−図１８を参照）は、コンシューマアプリケーションが既存のＥ２Ｅエンタングルメントを消費するまで再利用され得ない。これは、左エンドノード１４０のＲＱブロック１４６と右エンドノード１６０のＬＱブロック１６６との間にＥ２Ｅエンタングルメントが存在するためである。
【０１４１】
コンシューマアプリケーションを待つことなく左エンドノード１４０のＲＱブロック１４６及び右エンドノード１６０のＬＱブロック１６６（及び、それにより、ノード連鎖）を解放するために、左エンドノード１４０及び右エンドノード１６０に、それぞれの出力バッファ１８２、１８３を設けることができ、各出力バッファは複数のＱブロック１８４、１８５をそれぞれ含む。
各エンドノードの光ファブリック及びコントローラは、ノードの出力バッファＱブロック１８４、１８５のうちのいずれか選択されたＱブロックがノードのＲＱブロック１４６又はＬＱブロック１６６とエンタングルされ（これは場合による）、それにより、そのＥ２Ｅエンタングルメントを選択されたバッファＱブロックに移すことができるように構成される。この動作は、図１に示されるのと実質的に同じ捕捉及び転送相互作用を伴う（しかし、短い距離にわたって、それにより高い成功確率で実行される）。
したがって、左エンドノード１４０のＲＱブロック１４６と右エンドノード１６０のＬＱブロック１６６との間にＥ２Ｅエンタングルメントが生成されると、そのエンタングルメントの２つの端部が利用可能な左バッファＱブロック１８４及び右バッファＱブロック１８５に移される。
ここで、ノード連鎖は別のＥ２Ｅエンタングルメントを自由に生成することができ、そのＥ２Ｅエンタングルメントを順に利用可能な左バッファＱブロック１８４及び右バッファＱブロック１８５に移すことができ、それ以降も同様である。
【０１４２】
図１８は、特定の光ファブリック実施態様を示しており、光学併合ユニット１８６、１８７のみを用いて、バッファＱブロックをＲＱブロック１４６及びＬＱブロック１６６に結合する。
【０１４３】
より詳細には、左エンドノード１４０において、光学併合ユニット１８６は、バッファＱブロック１８４をＲＱブロック１４６に結合する。
バッファＱブロック１８４は、捕捉相互作用機能を有し、ＲＱブロック１４６は、ここでは、その隣接リピーターノードとのＬＬＥを構成するために使用する捕捉相互作用能力に加えて、転送相互作用能力を有する。
Ｅ２Ｅエンタングルメントの左エンドルートをＲＱブロック１４６から特定のバッファＱブロック１８４まで転送するために、エンタングルメント動作によって、バッファＱブロックのキュービット１８４が最初にＲＱブロック１４６のキュービットとエンタングルされる。これは、関係するバッファＱブロック１８４に関連付けられた放射源に選択的に電圧を印加し、それにより光場がそのＱブロックのキュービットを横切り、その後、光学併合ユニット１８６によってＲＱブロック１４６に送られる（包括的に矢印１８８によって示される）ことによって達成される。
その後、Ｘ測定動作によって、ＲＱブロック１４６のキュービットがエンタングルメントから除去される。
【０１４４】
右エンドノード１６０では、光学併合ユニット１８７が、バッファＱブロック１８５をＬＱブロック１６６に結合する。再び、バッファＱブロック１８５は、捕捉相互作用機能を有し、ＬＱブロック１６６は、既に、要求される転送相互作用能力を有する。
Ｅ２Ｅエンタングルメントの右エンドルートをＬＱブロック１６６から特定のバッファＱブロック１８５に転送するために、エンタングルメント動作によって、バッファＱブロック１８５のキュービットが最初にＬＱブロック１６６のキュービットとエンタングルされる。これは、関係するバッファＱブロック１８５に関連付けられた放射源に選択的に電圧を印加し、それにより光場がそのＱブロックのキュービットを横切り、その後、光学併合ユニット１８７によってＬＱブロック１６６に送られる（包括的に矢印１８９によって示される）ことによって達成される。
その後、Ｘ測定動作によって、ＬＱブロック１６６のキュービットがエンタングルメントから除去される。
【０１４５】
異なる光ファブリックの実施態様が可能であることは理解されよう。例えば、右エンドノードにおいて光場進行方向１８９を逆にするために、能動光スイッチを用いて、ＬＱブロック１６６を選択されたバッファＱブロック１８５に光学的に結合することができる（この場合、ＬＱブロック１６６は捕捉相互作用能力を必要とし、バッファＱブロックは転送相互作用能力を必要とすることになる）。
【０１４６】
Ｅ２ＥエンタングルメントをバッファＱブロックに移す動作に関連付けられるのは、パリティ測定であることは更に理解されよう。
測定されたパリティが偶数である場合には、Ｅ２Ｅエンタングルメントのパリティは変更されないので、それ以上の動作は不要である。しかしながら、測定されたパリティが奇数である場合には、Ｅ２Ｅエンタングルメントを同じにしておくために、関係するバッファキュービットが反転される。
【０１４７】
２）ノード連鎖セグメントの並列動作
ノード連鎖を、それぞれが自らの左エンドノード及び右エンドノードの組を有する複数のセグメントに分割することによって、延長されたエンタングルメントの生成を並列に（それぞれのセグメントにわたって）達成することができる。その後、これらのＥ２Ｅセグメントエンタングルメントを併合して、最終的なＥ２Ｅエンタングルメントを生成することができる。
【０１４８】
そのようなセグメンテーションの１つの特定の装置例が図１９に示される。
この事例では、間にＥ２Ｅエンタングルメントを生成することが望まれる最終的なエンドノードは、左エンドノード１９１及び右エンドノード１９２である。
ノード連鎖（エンドノード１９１、１９２及び中間リピーターノード）は、第１のセグメント１９３及び第２のセグメント１９４に分割される。
【０１４９】
第１のセグメント１９３のエンドノードは、左エンドノード１９１、及びセグメントスパニングノード１９９のサブノード１９５である。
セグメント１９３は、右から左にＥ２Ｅセグメントエンタングルメントを生成するように構成され（矢印１９７）、このために、サブノード１９５の機能は上記の左エンドノード１４０の機能に対応するのに対して、左エンドノード１９１の機能は上記の右エンドノード１６０の機能に対応する。
【０１５０】
第２のセグメント１９４のエンドノードは、右エンドノード１９２、及びセグメントスパニングノード１９９のサブノード１９６である。
セグメント１９４は、左から右にＥ２Ｅセグメントエンタングルメントを生成するように構成され（矢印１９８）、このために、サブノード１９６の機能は上記の左エンドノード１４０の機能に対応するのに対して、右エンドノード１９２の機能は上記の右エンドノード１６０の機能に対応する。
【０１５１】
セグメントスパニングノード１９９は、両方のセグメント１９３及び１９４にわたるＥ２Ｅセグメントエンタングルメント生成の開始ノードであり、やがて、エンドノード１９１及び１９２のそれぞれから、Ｅ２Ｅセグメントエンタングルメントの生成に成功したことを通知する「Ｅ２Ｅ成功」メッセージを受信することになる。
セグメントスパニングノード１９９は、ここで、これらのＥ２Ｅセグメントエンタングルメントを併合し、ノード１９１と１９２との間に所望のＥ２Ｅエンタングルメントを生成する。
したがって、セグメントスパニングノード１９９は、エンドノード機能を有するだけでなく、併合機能も有する。
【０１５２】
３）ＬＬＥ生成の成功率を高める
先に言及されたように、１０ｋｍファイバーによって結合される２つのキュービットをエンタングルするのに成功する確率は２５％程度であり、それは、１０ｋｍ程度の距離だけ離隔して配置される図１０の形態の量子リピーターの場合、成功を収めるのに、平均して、エンタングルメントを４回試行することになり、試行する度に、少なくともリピーター間で光速の往復時間を要することを意味する。
これは、Ｅ２Ｅエンタングルメントを生成することができる比率を明らかに制限する。
各エンタングルメント試行の成功確率を高めることによって、問題を改善することができる。
【０１５３】
これを果たすのに最も簡単な方法は、一方のリピーターのＲ側Ｑブロックと隣接リピーターのＬ側Ｑブロックとのペアリングを並列化し、その結果そのようなペアリングを複数存在させることによって、各ＬＬＥ生成サブシステムを拡張することである。エンタングルメントが試行される度に、全てのＲ側Ｑブロックが、そのペアのＬ側Ｑブロックに向かって発射されるであろう。
【０１５４】
図２０には、量子リピーターＱＲｊ２０１とその右隣リピーターＱＲ（ｊ＋１）２０２との間に形成されるＬＬＥ生成サブシステム２００の場合に、そのような装置が示される。
リピーターＱＲｊ２０１の量子物理ハードウェアのＲ側は、それぞれ１〜ｑのＩＤを有するｑ個の捕捉Ｑブロック２０３を備える。
同様に、リピーターＱＲ（ｊ＋１）２０２の量子物理ハードウェアのＬ側は、それぞれ１〜ｑのＩＤを有するｑ個の転送Ｑブロック２０４を備える。
リピーターＱＲｊ２０１内の各Ｒ側Ｑブロック２０３は、それぞれのローカルリンク光ファイバー２０５によって、リピーターＱＲ（ｊ＋１）２０２の対応するＬ側Ｑブロックに光学的に結合される。
リピーターＱＲｊ２０１のＲ−ＬＬＥ制御ユニットが、その量子物理ハードウェアに発射信号を出力し、ＬＬＥ生成試行をトリガーするとき、ｑ個全てのＱブロック２０３が同時に発射され、放射された光場がそれぞれのローカルリンク光ファイバー２０５に沿ってリピーターＱＲ（ｊ＋１）２０２の対応するＱブロック２０４に進む。
Ｑブロック２０４からの結果信号は、リピーターＱＲ（ｊ＋１）２０２のＬ−ＬＬＥ制御ユニットに送られる。
−エンタングルメントが生成されなかったことを結果信号が示す場合、リピーターＱＲｊ２０１にＬＬＥＣ「失敗」メッセージを送信する；
−１つのエンタングルメントだけが生成されたことを結果信号が示す場合、リピーターＱＲｊ２０１にＬＬＥＣ「成功」メッセージを送信し、そのメッセージは成功したＱブロック２０４のＩＤを含む；
−複数のエンタングルメントが生成されたことを結果信号が示す場合、１つの成功したＱブロック２０４を選択し、リピーターＱＲｊ２０１にＬＬＥＣ「成功」メッセージを送信し、そのメッセージは、選択された成功したＱブロック２０４のＩＤを含む。Ｌ−ＬＬＥ制御ユニットは、選択された左ＬＬＥに関する左ＬＬＥパリティ情報のみを格納する。使用すべき成功したＱブロックを選択するリピーターＱＲ（ｊ＋１）２０２のＬ−ＬＬＥ制御ユニットに対する代替形態として、ＬＬＥＣ「成功」メッセージ内に成功した全てのＱブロックのＩＤを含めることができ、成功したＱブロックから１つを選択することは、リピーターＱＲｊ２０１のＲ−ＬＬＥ制御ユニットに委ねられる。しかしながら、これは、パリティ情報が取り扱われる方法を複雑にし、一例の実施態様では、併合するために１つが選択された「併合成功」ＬＲ−ＭＣメッセージにおいてリピーターＱＲｊ２０１によって通知されるまで、リピーターＱＲ（ｊ＋１）２０２のＬ−ＬＬＥ制御ユニットによって、全ての成功した左ＬＬＥのためのパリティ情報が格納される必要がある。
リピーターＱＲｊ２０１のＲ−ＬＬＥ制御ユニット自体は、選択されたＱブロック２０４のＩＤを格納するか、又は格納するためにそのＩＤをＭＣユニットに渡す（このＩＤは、リピーターＱＲｊ２０１の対応する成功したＱブロック２０３を特定するための役割を果たす）。
ＭＣユニットが併合を達成することになるとき、ＭＣユニットは格納されたＱブロックＩＤを検索し、その結果どのＲ側Ｑブロックを使用すべきかを知る。
やがて、リピーターＱＲ（ｊ＋１）２０２は作業中リピーターになり、自らが併合を達成することになり、そのＩＤが以前に局所的に格納されていたので、又はそのＩＤがリピーターＱＲｊ２０１から受信したＬＲ−ＭＣ「併合成功」メッセージに含まれていたので、使用すべきＬ側Ｑブロック２０４がわかる。
【０１５５】
当然、図２０に示される装置は、Ｒ側Ｑブロック２０３及びＬ側Ｑブロック２０４のペアリング毎にそれぞれの光ファイバーを使用する点で非効率的である。
リピーターＱＲｊのＲ側Ｑブロック２０３の発射に時間差を設けることによって、放射される光場を単一のファイバー上で多重化することができ、図２１において、量子リピーターＱＲｊ２１１とその右隣リピーターＱＲ（ｊ＋１）２１２との間に形成されるＬＬＥ生成サブシステム２１０の場合に、そのような装置が示される。
【０１５６】
リピーターＱＲｊ２１１の量子物理ハードウェアのＲ側は、それぞれ１〜ｑのＩＤを有するｑ個の捕捉Ｑブロック２１３を含む。
同様に、リピーターＱＲ（ｊ＋１）２１２の量子物理ハードウェアのＬ側は、それぞれ１〜ｑのＩＤを有するｑ個の転送Ｑブロック２１４を含む。
リピーターＱＲｊ２１１内の各Ｒ側Ｑブロック２１３は、光学併合ユニット２１６によってローカルリンク光ファイバー２１５に光学的に結合される。
ファイバー２１５は、リピーターＱＲ（ｊ＋１）２１２の光スイッチ２１７に入り（feed）、そのスイッチの出力は、リピーターＱＲ（ｊ＋１）２１２のそれぞれのＬ側Ｑブロックに入る。
リピーターＱＲｊ２１１のＲ−ＬＬＥ制御ユニットが発射信号をその量子物理ハードウェアに出力して、ＬＬＥ生成試行をトリガーするとき、Ｑブロック２１３が順次に発射され、放射された光場が併合ユニット２１６を通り抜けて、ファイバー２１５に入る。やがて、光場は、次々にリピーターＱＲ（ｊ＋１）２１２の光スイッチ２１７に到着し、Ｑブロック２１４のうちの対応するＱブロックに切り替えられる。
その後、動作は、概ね、図２０の装置の場合に上記で説明された通りである。
各光場に対して自らの先駆光パルスを先行させることができるか、又は一連の光場に先行して、単一の先駆パルスを与えることができる（この事例では、個々の光場は自らの別個の先駆パルスを有しない）。
【０１５７】
ＩＤ＝ｋを有するＱＲｊＱブロック２１３に関連付けられた光場が同じＩＤを有するＱＲ（ｊ＋１）Ｑブロック２１４に送られるのを確実にするためのスイッチの適切な動作は、複数の方法において達成され得る。
例えば、スイッチ２１７に到着する一連の光場の前方にある１つの先駆パルスを用いて、リピーターＱＲｊ２１１のＱブロック２１３を順次に発射するために用いられるのと同じタイミングに従って、順次の切替えをトリガーすることができる。
代替的には、スイッチは単に入射する光場をカウントし、それに応じて切り替えることができる。
スイッチ２１７に到着する一連の光場内の隣接する光場間の時間間隔は、光スイッチ２１７がリピーターＱＲ（ｊ＋１）のＱブロック２１４間で切り替わるだけの十分な時間を与えながら、できる限り小さく保持されることが好都合である。
【０１５８】
リピーターＱＲｊ２１１のＱブロック２１３を順次に発射するのではなく、全てを同時に発射するが、異なる長さのファイバーを用いて各Ｑブロックを光学併合ユニット２１６に接続し、それにより異なる遅延を導入することによって、同等の結果を達成することができる。
【０１５９】
図１０のリピーター実施形態は、一度に１つの右ＬＬＥしか取り扱うことができないので、図２０及び図２１の装置は、ＬＬＥ生成の成功率を高めるという目的にもかかわらず、Ｑブロックを無駄に使っているように見える場合がある。
しかしながら、リピーターＱＲｊのＲ側Ｑブロックに関して、発射されると、そのＱブロックが達成しようと試行していたエンタングルメントの結果がわかるまで（少なくとも、リピーターＱＲ（ｊ＋１）との往復時間）、これらのＱブロックのそれぞれを少なくとも再び使用できないことに留意されたい。それゆえ、ＬＬＥ生成の成功率を高めようとするために、Ｒ側Ｑブロックを直ぐには再利用することはできない。
一方、試行されたエンタングルメントの結果は、リピーターＱＲ（ｊ＋１）のＬ側Ｑブロックでは直ちにわかるので、エンタングルメントの成功が達成されるまで、Ｑブロックを直ちに再利用することができる。
このことから、量子リピーターＱＲｊ２２１とその右隣リピーターＱＲ（ｊ＋１）２２２との間に形成されるＬＬＥ生成サブシステム２２０の場合に、図２２に示される「発射集団（squad）」が構成される。
【０１６０】
より詳細には、リピーターＱＲｊ２２１の量子物理ハードウェアのＲ側は、ｆ個のＱブロック２２３を含み（それぞれ１〜ｆのＩＤを有する）、それらのＱブロックは捕捉相互作用機能を有する。
これらのＱブロック２２３は、合わせて「発射集団」２２７を形成する。
リピーターＱＲ（ｊ＋１）２２２の量子物理ハードウェアのＬ側は、転送相互作用機能を有する単一のＱブロック２２４を含む。
リピーターＱＲｊ２２１の発射集団２２７のＱブロック２２３は、光学併合ユニット２２６によってローカルリンクファイバー２２５に光学的に結合され、更にそのローカルリンクファイバーは、リピーターＱＲ（ｊ＋１）２１２の単一のＬ側Ｑブロック２２４に光学的に結合される。
したがって、図から明らかなように、発射集団２２７の全てのＱブロック２２３（本明細書において、「フュージリア（fusilier）」Ｑブロック）は、同じターゲットＱブロック２２４に向かって発射することを目的とされる。
【０１６１】
リピーターＱＲｊ２２１のＲ−ＬＬＥ制御ユニットがその量子物理ハードウェアに発射信号を出力し、ＬＬＥ生成試行をトリガーするとき、発射集団２２７のフュージリアＱブロック２２３は順次に発射され、放射された光場は併合ユニット２２６を通り抜け、光場列２２８としてファイバー２２５上に進む。
フュージリアＱブロックＩＤと、光場が列内に現れる順番との間には、規則正しい既知の関係があることに留意することができる。
各光場にそれぞれの先駆パルスが先行するのではなく、単一の先駆パルス２２９が光場列２２８に先行し、列２２８の到着が迫っていることをターゲットＱブロック２２４に予告することが好ましい（この先駆パルス２２９は、発射信号に応答して、かつフュージリアＱブロック２２３の発射に先行して、例えば、発射集団の専用放射源（図示せず）によって生成される）。
【０１６２】
各光場が次々にリピーターＱＲ（ｊ＋１）２１２のターゲットＱブロック２２４に到着するとき、ターゲットＱブロックのシャッターが短時間だけ開けられ、それにより、光場がターゲットＱブロックのキュービットを通り抜け、キュービットと潜在的に相互作用できるようにし、その後、光場を測定して、エンタングルメントが生成されたか否かを判断する。
エンタングルメントが生成されなかった場合には、ターゲットＱブロック２２４のキュービットはリセットされ、列２２８の次の光場を通すのに適したタイミングで、シャッタが再び開けられる。
しかしながら、光場列２２８が通り抜けることによって、エンタングルメントが生成された場合には、ターゲットＱブロックのシャッタを閉じたままであり、列２２８からのそれ以上の光場がターゲットＱブロック２２４のキュービットと相互作用できないようにする。
Ｑブロックシャッタの測定−結果依存制御は、論理的には、Ｌ側ターゲットＱブロック２２４に関連付けられたＬ−ＬＬＥ制御ユニットの一部であるが、実際には、この制御は、量子物理ハードウェアと一体に構成される下位制御素子によって最も良好に実行され得る。
【０１６３】
列２２８内の光場の間隔は、次の光場が到着する前に、光場がターゲットキュービットとエンタングルするのに成功したか否かを判断するのに十分であり、ターゲットキュービットがリセットされるのに十分であり、かつＱブロックシャッタが開けられるのに十分な時間を与えるようにすべきであることは理解されよう。
【０１６４】
実際には、ターゲットキュービットをエンタングルする役割を担う光場に後続する光場のターゲットキュービットと破壊的に相互作用するのを防ぐために、明確なシャッタを用いるのではなく、エンタングルメント直後にキュービット状態を電子スピンから核スピンに転写することによって同じ効果を達成することができ、それにより、後続の光場が通り抜けても、捕捉されたエンタングルされた状態が乱されないようにする（そのターゲットキュービットは、光場相互作用に対して安定化されている）。
それでも、シャッタを設けて、エンタングルメント前に外部からの光入力を遮断することが適切な場合があるが、先駆パルスが検出されるまで、キュービットはその準備状態に設定されないので、一般的には、そのようなシャッタは省くことができる。
【０１６５】
Ｌ−ＬＬＥ制御ユニットは、列のうちのどの光場がターゲットキュービットとエンタングルするのに成功したかを特定する役割も担い、それにより、ターゲットＱブロックキュービットとエンタングルされたフュージリアＱブロック２２３（及び、それゆえ、キュービット）を特定できるようにする（既に言及されているように、フュージリアＱブロックＩＤと、列内で光場が現われる順番との間には既知の関係がある）。
例えば、ターゲットＱブロックに入ることを許される光場が単にカウントされ、この数がＬＬＥＣ「成功」メッセージにおいてリピーターＱＲｊに返送され得、受信側Ｒ−ＬＬＥ制御ユニットは、この数から成功したフュージリアＱブロック２２３のＩＤ番号への任意の必要とされる変換を実行し、その後、後に参照するために、ＩＤ番号を、例えば、レジスタに格納する（代替的には、フュージリアＩＤは直ちに渡され得る）。
当然、列２２８のいずれの光場もエンタングルメントを生成するのに成功しない場合には、ＬＬＥＣ「失敗」メッセージが返される。
【０１６６】
１つのターゲットＱブロック２２４しか存在しないので、左ＬＬＥパリティ情報の取扱いは、図１０のリピーターの場合に先に説明されたのと同じである。
【０１６７】
図２１の装置の場合のように、リピーターＱＲｊ２２１のフュージリアＱブロック２２３を順次に発射するのではなく、全てを同時に発射するが、異なる長さのファイバーを用いて各フュージリアＱブロックを光学併合ユニット２２６に接続し、それにより、異なる遅延を導入し、光場列２２８を生成することによって、同等の結果を達成することができる。
【０１６８】
発射集団２２７内のフュージリアＱブロック２２３の数は、発射集団が発射する度に、ターゲットＱブロック２２４とエンタングルするのに成功する確率が非常に高くなるように、例えば、９９％以上の確率を与えるように選択されることが好ましい。
より詳細には、単一のフュージリアＱブロックの一度の発射でエンタングルメントを生成するのに成功する確率がｓである場合には、ｆ個のフュージリアＱブロックからなる発射集団の場合の成功確率は以下のようになる。
発射集団成功確率＝１−（１−ｓ）ｆ
それにより、ｓ＝０．２５の場合に、１６フュージリアＱブロックが９９％の成功率を与えることになり、３２フュージリアＱブロックが９９．９９％の成功率を与えることになる。
通常、一度の発射（すなわち、単一の光場列）でターゲットキュービットとエンタングルするのに成功する所望の確率Ｐｓｕｃｃｅｓｓから始めて、その後、以下の不等式に従って、フュージリアキュービットの必要数ｆを求める。
Ｐｓｕｃｃｅｓｓ≦１−（１−ｓ）ｆ
同じ式が図２０及び図２１の装置にも当てはまる（ただし、ｆはそれらの装置に関するｑの値に設定される）。
【０１６９】
列２２８内の隣接する光場間の時間間隔は、後続の光場が到着する前に、先行する光場が測定されるのに十分であり、ターゲットキュービットがリセットされるのに十分であり、かつそのシャッタが開けられるのに十分な時間を与えながら、できる限り小さく保持されることが好都合である。
一例として、光場は１ナノ秒〜１０ナノ秒だけ離隔される。
【０１７０】
高い成功確率を与えるＬＬＥ生成サブシステムを用いるときに、ＬＬＥ生成サブシステムをトリガーする度に成功するものと仮定すること、そして作業中リピーターになると、リピーターが右ＬＬＥの生成のみを開始するように全体的な制御パラダイムを簡単にすることが、実用的になることに留意することができる。
この場合、Ｅ２Ｅエンタングルメントの生成に成功するのにかかる全時間は概ね一定になり、それゆえ、新たなＥ２Ｅエンタングルメントの生成を開始することができるときを示すために、ＲＬ−ＭＣ「Ｅ２Ｅ成功」及び「Ｅ２Ｅ失敗」メッセージに頼るのではなく、左エンドノードは、この時間後に、新たなＥ２Ｅエンタングルメントの生成を開始するように構成され得る。
既に上記で言及されているように、失敗したＥ２Ｅエンタングルメントの検出はコンシューミングアプリケーションに委ねられ得るので、この場合、ＲＬ−ＭＣ「Ｅ２Ｅ成功」及び「Ｅ２Ｅ失敗」メッセージを完全に不要にできるようになる。
【０１７１】
４）ＬＬＥ生成を自走実行（free-running）する
図１０の量子リピーターでは、右ＬＬＥ生成試行が、既存の右ＬＬＥのタイムアウト、既存の右ＬＬＥの併合動作における消費、又は先行する右ＬＬＥ試行の失敗によってトリガーされる。
この結果、右ＬＬＥが利用できない期間が、左隣ノードへの光速の往復時間と少なくとも同じ程度に長くなる。
【０１７２】
大抵の場合に、この利用不可能期間を短縮する代替の方策が可能である。より詳細には、右ＬＬＥ生成試行が要求によってトリガーされるのではなく、頻繁に、例えば、往復時間の関数（fraction）である周期で生じる。
現存する右ＬＬＥが、新たな生成試行によって乱されるのではなく、併合動作における使用に利用可能なままである。
しかしながら、右ＬＬＥ生成試行に成功したことが報告されるときはいつでも、併合されるのを待っているＬＬＥとして、新たな右ＬＬＥが既存の右ＬＬＥと入れ替わり、既存の右ＬＬＥは捨てられ、それに関連付けられたＱブロックは、再利用のために解放される。
それゆえ、併合されるのを待っている右ＬＬＥは常に相対的に新しく、タイムアウトの可能性は非常に低いであろう。
また、待っている右ＬＬＥが併合動作において消費される場合には、ＬＬＥ生成試行は既に進行中になるであろう（その周期が往復時間以下であり、かつ右ＬＬＥ生成試行が開始された直後に併合が行なわれる場合を除く）。
【０１７３】
当然、このようにして右ＬＬＥ利用不可能期間を短縮することは犠牲を伴うことになり、これには、待っている右ＬＬＥ及び１つ又は複数の進行中の右ＬＬＥ生成試行を支援するだけの十分なＱブロックが必要とされる。
【０１７４】
一例として、図２３は、図２１の装置の改変を示しており、上記の方策を実施するために用いられ得る（図２３において、実質的に同じ要素の場合に、図２１と同じ参照番号が用いられる）。
より詳細には、発射信号に応答してリピーターＱＲｊのＲ側Ｑブロック２１３が立て続けに一度だけ発射されるのではなく、Ｒ側Ｑブロック２１３は、順次に、かつ周期的に発射され、すなわち、無限に続く一連のサイクルの各サイクルにおいて、Ｒ側Ｑブロック２１３は、それぞれが一度ずつ、そのサイクルを通して等しい時間間隔において次々に発射される。しかしながら、現在待っている右エンタングルメントに関連付けられたＲ側Ｑブロック２１３は発射されない（右ＬＬＥ生成試行に関与するために利用不可能であることを示すために、このＱブロックのＩＤ番号がレジスタ２３１に格納される）。
リピーターＱＲ（ｊ＋１）では、入射する光場をリピーターＱＲ（ｊ＋１）の適切なＬＱブロック２１４に送る等のために、光スイッチ２１７が周期的に切り替えられる。
成功した各エンタングルメントは、ＬＬＥＣ「成功」メッセージにおいてリピーターＱＲｊに報告され、そのメッセージは、関係するＱブロックのＩＤも含む。
リピーターＱＲｊにおいて、このＩＤ番号は、レジスタ２３１内で先行して待っている右ＬＬＥのＩＤ番号と入れ替わり、次の右ＬＬＥ生成試行に関与するために特定されたＱブロックが利用不可能であることを示し、先行して待っている右ＬＬＥに関連付けられたＩＤをレジスタ２３１において入れ替えることによって、関係するＱブロックを再利用するために解放する。
【０１７５】
リピーターＱＲ（ｊ＋１）は、現在待っている右ＬＬＥのために用いられる結果として、どのＱブロック２１４が利用できないかを追跡する必要もある。
リピーターＱＲｊのＱブロック２１３を周期的に発射する際に、現在待っている右ＬＬＥに関連付けられたＱブロックを発射していたはずの時点において何もしないようにし、それにより、各サイクルにおいて、Ｑブロックの規則正しい発射の中に合間が存在するように単に変更することによって、利用不可能なＱブロックに関しては光場が与えられなくなるので、光スイッチ２１７は、どのＱブロック２１４が利用不可能であるかを知る必要なく、Ｑブロック２１３の発射サイクルに合わせて単に繰返し動作することができる。
【０１７６】
いつの時点でも２つ以上のＬＬＥが存在し得るので、複数のＬＬＥに関するパリティ情報が格納される必要がある。
これを果たす一例の方法は、リピーターＱＲ（ｊ＋１）のＬ側が全ての可能なＬＬＥに関するパリティデータを格納できるように変更することであり、リピーターは、やがて、リピーターＱＲｊからの「併合＿成功」メッセージにおいて、どのＬＬＥが併合のために用いられたか、それゆえ、累積パリティ情報にどのＬＬＥパリティデータが含まれる必要があるかを通知される。
【０１７７】
ｑ個のＬＱブロック２１３（及びｑ個のＲＱブロック２１４）並びにＴＲＴの往復時間の場合に、一連の生成試行間の合間は平均してＴＲＴ／（ｑ−１）である。
【０１７８】
同じようにして図２２の装置を動作させることもでき、すなわち、必要性に基づくトリガー（既存の右ＬＬＥのタイムアウト、既存の右ＬＬＥの併合動作における消費、又は先行する右ＬＬＥ試行の失敗）を待つではなく、発射集団２２７を、必要性とは無関係に規則正しい（又は不規則な）間隔で発射することができる。
【０１７９】
５）ＬＬＥを蓄積する
ＬＬＥ生成サブシステムの両側において複数のＱブロックが与えられる場合（図２０、図２１及び図２３の装置と同様）、関係するノード間に２つ以上のＬＬＥが同時に存在する確率が生じる。
図２０及び図２１の装置では、各試行においてｑ個までのＬＬＥが生成される場合があるものの、１つのみが存続するように選択されるのに対して、図２３の装置では、２つのＬＬＥがわずかに重なり合って存在し、その後、後に生成されたＬＬＥが、先に生成されたＬＬＥと入れ替わる。
余分なＬＬＥ（すなわち、併合されるのを待っているＬＬＥ以外のＬＬＥ）を捨てるのではなく、これらの余分なＬＬＥのうちの１つ、いくつか又は全てを待ち行列（queue）内に予備として取っておく（「蓄積しておく」）ことができるので、この役割を果たしている先行するＬＬＥが併合されるか、又はタイムアウトするときに、待っているＬＬＥになるために直ちに利用することができる。
これは、当然、関連するＱブロックを、ＬＬＥ生成に関与するために利用できないようにする必要があり、それは、図２３のレジスタ２３１に類似の「利用不可能」ＩＤレジスタを用いることによって、容易に達成され得る。
【０１８０】
第２の「端部延長」量子リピーターの実施形態は、そのようなＬＬＥ蓄積（banking）装置を利用しており、次に説明する。
【０１８１】
第２の「端部延長」量子リピーターの実施形態（図２４）
第２の「端部延長」量子リピーターの実施形態２４０が図２４に示されており、量子リピーター２４０は、Ｅ２Ｅエンタングルメントが生成されることになる左エンドノードと右エンドノードとの間にあるノード連鎖（図９に示されるような）内の中間ノードであるという状況において動作することを理解されたい。
【０１８２】
図２４の第２の量子リピーターの実施形態２４０は、図１０の第１の量子リピーターの実施形態１００に形態及び動作において類似であり、図２４では、概ね同じ構成要素に対して図１０と同じ参照番号が用いられる。
第１の実施形態と第２の実施形態との間の大きな違いは、第２の量子リピーターの実施形態２４０では：
−複数のＬ側及びＲ側Ｑブロック４４が存在する（この例では、それぞれ１〜ｑのＩＤを有するｑ個のＬ側Ｑブロック、及びそれぞれ１〜ｐのＩＤを有するｐ個のＲ側Ｑブロックが存在し、ｐはｑと同じであり得るか、又は異なり得る。
）；
−Ｌ−ＬＬＥ制御ユニット８２'及びＲ−ＬＬＥ制御ユニット８３'の内部の詳細が、図１０のリピーターの対応するユニットとは異なる−詳細には、制御ユニット８２'及び８３'は、複数のＱブロックの動作を制御し、かつ複数の生成されたＬＬＥを後に使用するために待ち行列に入れるように構成される。
；
−種々の信号及びメッセージが、そのメッセージ／信号が関連する特定のＱブロックを識別するためのＱブロックＩＤ情報を含む。
【０１８３】
Ｌ側Ｑブロック及びＲ側Ｑブロックがそれぞれ一部を形成するＬＬＥ生成サブシステム２４１及び２４２、並びに、Ｌ−ＬＬＥ制御ユニット８２'及びＲ−ＬＬＥ制御ユニット８３'の形態の詳細が、以下に説明される。
図２４の量子リピーター２４０の併合制御ユニット８７及び該制御ユニットが関連するファイバーインターフェース１０５は、種々のメッセージ及び信号内にＱブロックＩＤ情報を含むことは別として、図１０の量子リピーター１００の併合制御ユニット及びファイバーインターフェースと概ね同じように動作する。したがって、これらの構成要素の説明は、図２４の量子リピーター２４０に関して繰り返さないことにする（ただし、主な違いは後に説明する）。
【０１８４】
図２５は、複数のＬ側Ｑブロック及びＲ側Ｑブロックを有するＬＬＥ生成サブシステム２４１及び２４２についての一実施態様を示す。
図２５の装置は、量子リピーターＱＲｊ２５１とその右隣リピーターＱＲ（ｊ＋１）２５２との間に存在するように示される。
リピーターＱＲｊ２５１の量子物理ハードウェアのＲ側は、それぞれ１〜ｑのＩＤを有するｑ個の捕捉Ｑブロック２５３を含む。
リピーターＱＲ（ｊ＋１）２５２の量子物理ハードウェアのＬ側は、それぞれ１〜ｐのＩＤを有するｐ個の転送Ｑブロック２５４を含む。
リピーターＱＲｊ２１１内のＲ側Ｑブロック２５３は、光学併合ユニット２５６によって、ローカルリンクファイバー２５５に結合される。
ファイバー２５５はリピーターＱＲ（ｊ−１）２５２の光スイッチ２５７に入り、スイッチの出力は、リピーターＱＲ（ｊ＋１）２５２のＬ側Ｑブロック２５４にそれぞれ入る。
【０１８５】
図２５の装置は、実質的には、複数のＬＬＥを生成し、「蓄積」できるように更に構成される、図２２及び図２３の装置の組み合わせである。
したがって、図２３の装置の場合のように、図２５の装置では、Ｒ側Ｑブロック２５３は、既存の「蓄積された」エンタングルメントに関連付けられた任意のＲ側Ｑブロックを除いて、頻繁に、順次にかつ周期的に発射される。
リピーターＱＲ（ｊ＋１）では、成功したエンタングルメントが生成されるまで、入射する全ての光場が光スイッチ２１７によって同じＱブロックに誘導され（図２２の装置と同様）、生成されると、光スイッチは、入射する光場を、新たな、利用可能な（エンタングルされていない）Ｌ側Ｑブロック２５３に渡すように切り替えられる。
成功した各エンタングルメントは、ＬＬＥＣ「成功」メッセージにおいてリピーターＱＲｊに報告され、そのメッセージは関係するＬ側Ｑブロック２５３のＩＤも含む。
Ｒ側Ｑブロック２５３の利用可能性ステータス及びＬ側Ｑブロック２５４の利用可能性ステータスは、それぞれ、Ｒ−ＬＬＥ制御ユニット８３'及びＬ−ＬＬＥ制御ユニット８２'によって追跡される。
【０１８６】
既存のターゲットＱブロックがエンタングルされると、入射する光場を、新たな、エンタングルされていないターゲットＬ側Ｑブロックに切り替えるという上記の機構は、図２２の「発射集団」装置とともに用いられ得、すなわち、複数のターゲットＱブロック２２４が設けられ、そのうちの１つだけが現在のターゲットとしての役割を果たし、そのターゲットがエンタングルされると直ちに現在のターゲットが変更されるように構成され得ることに留意することができる。
このように動作することによって、発射集団２２７によって発射される光場を効率的に使用するのを確実にする。
【０１８７】
次に、ＬＬＥ制御ユニット８３'及び８２'の動作を、制御状態機械に関してではなく、主要構成要素の相互動作に関して説明する。
最初にＲ−ＬＬＥ制御ユニット８３'について考えると、これは、発射制御ユニット２４３Ｒ、Ｒ側タイムアウトモニター２４４Ｒ、利用可能／利用不可能ステータスレジスタ２４５Ｒ、ＦＩＦＯ待ち行列であるＲ側エンタングル済み待ち行列２４６Ｒ、並びにステータスレジスタ２４５Ｒ及びＲ側エンタングル済み待ち行列２４６Ｒを制御するステータス制御ユニット２４７Ｒを備える。
【０１８８】
ステータスレジスタ２４５ＲはＲ側Ｑブロック２５３毎のエントリを保持し、これらのエントリはＱブロックＩＤによって索引付けされる。
各エントリは、関係するＱブロックのための、利用可能／利用不可能ビットと、関係するＬＬＥ生成試行が失敗したと報告された場合を除いて、Ｑブロックの最後のＬＬＥ生成捕捉相互作用のためのキュービット捕捉相互作用時刻とを含む。
【０１８９】
発射制御ユニット２４３Ｒは、Ｒ側Ｑブロック２５３の周期的な順次発射を制御し、その際に、ステータスレジスタ２４５を参照して、どのＱブロック２５３が発射のために利用できるかを判断する。
発射制御ユニット２４３ＲがＱブロック２５３を発射するときにはいつでも、ステータス制御ユニットは、レジスタ２５４Ｒの対応する利用可能／利用不可能ビットを「利用不可能」に設定する。
【０１９０】
右隣ノードから受信されるＬＬＥＣ「成功」及び「失敗」メッセージはステータス制御ユニット２４７に送られる。
これらのメッセージは、それぞれ、関係するＲ側ＱブロックのＩＤの指示を含み、「成功」メッセージの場合、関与するＬ側ＱブロックのＩＤも含む。
【０１９１】
ＬＬＥＣ「失敗」メッセージが受信される場合には、制御ユニット２４７Ｒは、そのメッセージにおいて明示的に、又は暗示的に規定されるＱブロックの利用可能／利用不可能ステータスレジスタビットを、「利用可能」に設定する。
しかしながら、ＬＬＥＣ「成功」メッセージが受信される場合には、関係するＱブロックの利用可能／利用不可能ステータスレジスタビットは変更されない。代わりに、制御ユニット２４７Ｒは、関係するＲ側ＱブロックのＩＤ及びＬ側ＱブロックのＩＤをＲエンタングル済み待ち行列２４６Ｒに入れる。
ここで、このエントリが現在の先頭エントリである場合には、制御ユニット２４７Ｒは「Ｒエンタングル済み」信号を併合制御ユニット８７に送信する。そのエントリが、現在の先頭エントリでない場合には、そのような信号は送信されず、そのエントリは単に待ち行列に入れられる。
【０１９２】
タイムアウトモニター２４４Ｒは、ステータスレジスタ内のこのＱブロックのために格納されたキュービット捕捉相互作用時刻と現在の時刻とを比較することによって、待ち行列２４６Ｒの先頭において、Ｒ側Ｑブロック２５３のキュービットの経過時間を絶えずモニターする。
そのキュービットがタイムアウトするとき、制御ユニット２４７Ｒは通知され、その際、待ち行列２４６Ｒの先頭エントリを削除し、レジスタ２４５Ｒの対応する利用可能／利用不可能ビットを「利用可能」に設定する。
その待ち行列内に、キューの先頭まで動かされ得る他のエントリがない場合には、制御ユニット２４７Ｒは、「Ｒ満了」信号を併合制御ユニット８７に送信する。
【０１９３】
また、状態制御ユニット２４７Ｒは、併合制御ユニット８７から「リセットＲ」信号を受信するように構成される。
この実施形態では、併合制御ユニット８７によって、２つのタイプの「リセットＲ」信号が与えられる。第１のタイプは、ここでは「リセット＿オールＲ」信号と呼ばれ、併合制御ユニット８７によってＲＬ−ＭＣ「ＥｃｈｏＭｅ」メッセージの受信に応答して生成されるのに対して、第２のタイプは、ここで「リセット＿ヘッドＲ」信号と呼ばれ、他の全ての場合に生成される。
「リセット＿オールＲ」信号を受信すると、制御ユニット２４７Ｒは、待ち行列２４６Ｒ内の全てのエントリを削除し、レジスタ２４５Ｒ内の全てのエントリをリセットして、全てのＱブロックを「利用可能」であると示す。
「リセット＿ヘッドＲ」信号を受信すると、制御ユニット２４７Ｒは待ち行列２４６Ｒの先頭エントリを削除し、レジスタ２４５Ｒの対応する利用可能／利用不可能ビットを「利用可能」に設定する。待ち行列２４６Ｒ内に、その待ち行列の先頭まで動かされ得る別のエントリが存在する場合には、制御ユニット２４７Ｒは、「Ｒエンタングル済み」信号を、併合制御ユニット８７に送信する。
【０１９４】
Ｒ−ＬＬＥ制御ユニット８３'の上記の動作の全体的な効果は、右ＬＬＥを待ち行列２４６Ｒに入れることであり、併合制御ユニット８７は、単に、待ち行列が空でなくなる時点（「Ｒエンタングル済み」信号）、及び再び空になる時点（「Ｒ満了」信号）を知らされる。
待ち行列に入れられたＬＬＥのＲ側Ｑブロックは、発射制御ユニット２４３Ｒによって発射するのに利用することはできない。
【０１９５】
ここで、Ｌ−ＬＬＥ制御ユニット８２'について考えると、これはターゲット制御ユニット２４３Ｌと、Ｌ側タイムアウトモニター２４４Ｌと、利用可能／利用不可能ステータスレジスタ２４５Ｌと、ステータスレジスタ２４５Ｌを制御するステータス制御ユニット２４７Ｌとを含む。
【０１９６】
ステータスレジスタ２４５Ｌは、Ｌ側Ｑブロック２５４毎のエントリを保持し、これらのエントリはＱブロックＩＤによって索引付けされる。
各エントリは、関係するＱブロックについて、（ｉ）利用可能／利用不可能ビット、（ｉｉ）Ｑブロックの最後の成功したＬＬＥ生成転送相互作用のためのキュービット転送相互作用時刻、及び（ｉｉｉ）Ｑブロックの最後の成功したＬＬＥ生成転送相互作用のためのパリティ情報を含む。
【０１９７】
ターゲット制御ユニット２４３Ｌは、ステータスレジスタ２４５Ｌ内のＱブロック利用可能性データに基づいて光スイッチ２５７を制御し、その状態が「利用不可能」に変化するまで、入射する光場が同じ「利用可能な」Ｌ側Ｑブロック２５４に全て送られるようにし、利用不可能になった時点で、新たな「利用可能な」Ｑブロックがターゲットとして選択される。
ターゲット制御ユニット２４３Ｌによって特に指示されない限り、スイッチ設定は変更されないままである。
【０１９８】
現在のターゲットＱブロック２５４からの結果信号「Ｌエンタングル済み」／「Ｌ非＿エンタングル済み」は、状態制御ユニット２４７Ｌに送られ、状態制御ユニットは対応するＬＬＥＣ「成功」及び「失敗」メッセージを左隣ノードに送信する。
これらのメッセージは、それぞれ、関係するＲ側ＱブロックのＩＤの指示を含む（例えば、現在の発射サイクルにおける関係する光場の到着時刻から、又はそのサイクル内の光場のカウントされた位置によって導出される）。さらに、「成功」メッセージの場合、関与するＬ側ＱブロックのＩＤも含まれる。
「Ｌ非＿エンタングル済み」信号を受信しても、制御ユニット２４７Ｌによって他の動作は行われない。
しかしながら、制御ユニット２４７Ｌが「Ｌエンタングル済み」信号を受信するとき、制御ユニット２４７Ｌは、関係するＱブロックの利用可能／利用不可能ステータスレジスタビットを「利用不可能」に設定し、それにより、ターゲット制御ユニット２４３Ｌが、ターゲットとして新たな利用可能なＱブロックを選択する。また、ステータス制御ユニット２４７Ｌは、現在の時刻を、エンタングルされたばかりのＱブロックについての転送相互作用時刻としてステータスレジスタエントリに入力し、左ＬＬＥパリティ情報を格納する。
【０１９９】
タイムアウトモニター２４４Ｌは、このＱブロックについて格納されたキュービット転送相互作用時刻と、現在の時刻とを比較することによって、ステータスレジスタ２４５Ｌ内の最も古い「利用不可能な」Ｑブロックの経過時間を絶えずモニターする。
現在のリピーターの実施形態の動作の仕方によれば、Ｌ側Ｑブロックのうちのこのキュービット及びＱブロックのみが、左エンドノードを起源とする（rooted）Ｌ側エンタングルメントに関与していることができることに留意されたい。
そのキュービットがタイムアウトするとき、制御ユニット２４７Ｌが通知され、レジスタ２４５Ｌの対応する利用可能／利用不可能ビットを「利用可能」に設定する。また、制御ユニット２４７Ｌは、併合制御ユニット８７に「Ｌ満了」信号を送信する。
【０２００】
また、ステータス制御ユニット２４７Ｒは、併合制御ユニット８７から「リセットＬ」信号を受信するように構成される。
リセットＲ信号については、本実施形態では、併合制御ユニット８７によって与えられる２つのタイプの「リセットＬ」信号がある。第１のタイプは、ここでは「リセット＿オール」信号と呼ばれ、併合制御ユニット８７によってＲＬ−ＭＣ「ＥｃｈｏＭｅ」メッセージが受信されるのに応答して生成されるのに対して、第２のタイプは、ここでは「リセット＿ディス（This）Ｌ」信号と呼ばれ、他の全ての場合に生成され、特定のＬ側ＱブロックＩＤを含む。
「リセット＿オールＬ」信号を受信すると、制御ユニット２４７Ｌは、レジスタ２４５Ｌ内の全てのエントリをリセットして、全てのＱブロックを「利用可能」であると示す。
「リセット＿ディスＬ」信号を受信すると、制御ユニット２４７Ｌは、特定されたＬ側Ｑブロックについての利用可能／利用不可能ステータスレジスタビットを「利用可能」に設定する。
【０２０１】
Ｌ−ＬＬＥ制御ユニット８２'の上記の動作の全体的な効果は、待ち行列に入れられたエンタングルメントのＬ側Ｑブロックが、ターゲット制御ユニット２４３ＬによってターゲットＱブロックとして選択するために利用できないことである。
【０２０２】
併合制御ユニット８７の動作に関しては、既に言及されているように、これは、図１０の実施形態の併合制御ユニットの場合と概ね同じである。
主な違いは、ＬＲ−ＭＣメッセージ「併合成功」及び「併合失敗」が、いずれも、関係するＬ側Ｑブロック（すなわち、そのメッセージを送信する作業中量子リピーターの右隣ノードの関与するＱブロック）のＩＤを含むことである。
「併合失敗」メッセージの場合、これにより、受信側量子リピーター２４０の併合制御ユニット８７は、リピーターのＬ−ＬＬＥ制御ユニット８２'に対する「リセットディスＬ」信号において、「利用可能」であるとしてリセットされることになるＬ側Ｑブロックを特定できるようになる。
「併合成功」メッセージの場合、含まれるＬ側ＱブロックＩＤは、リピーターが併合を実行する準備が整ったときに、どのＬ側Ｑブロックが用いられることになるかを併合制御ユニットに知らせる。併合のために用いられることになるＲ側Ｑブロックの識別情報は、Ｒ−ＬＬＥ制御ユニット８３'から必要に応じて検索され、このＩＤは、待ち行列２４６Ｒの先頭エントリに含まれるＲ側ＩＤである。
【０２０３】
「併合成功」ＬＲ−ＭＣメッセージを受信した後に、併合制御ユニット８７は、やがて、併合を達成しようとし、その後、併合制御ユニットはＬＬＥ制御ユニット８２'、８３'に、関係するＱブロックをリセットするように指示する（併合結果にかかわらず）。併合制御ユニット８７は、当然、自身が出力する「リセット＿ディスＬ」信号内に入れるために自身が必要とするＬ側ＩＤを既に有することになる（これは、待ち行列２４６Ｒの先頭エントリから得られるので、対応する右側信号「リセット＿ヘッドＲ」は、リセットされることになるＲ側ＱブロックのＩＤを必要としない）。
試行された併合が成功した場合には、併合制御ユニット８７は、ＬＲ−ＭＣ「併合成功」メッセージを送信し、そのメッセージは、現時点で作業中リピーターであることを左隣リピーターに知らせるための役割を果たすだけでなく、左エンドノードから延長されるエンタングルメントの現在の右エンドノードを形成するＬ側ＱブロックのＩＤを左隣リピーターに通知するための役割も果たす。関連するＬ側ＱブロックＩＤは、併合制御ユニット８７が待ち行列２４６Ｒの先頭エントリからそのＩＤを検索した後に（それは、「リセット＿ヘッドＲ」信号を送信する前に行う）、併合制御ユニットによってＬＲ−ＭＣ「併合成功」メッセージの中に挿入される。
【０２０４】
パリティ情報に関しては、ＭＣユニット８７が「併合成功」メッセージを受信するとき、受信した累積パリティ情報を、（ｉ）そのメッセージが関係する併合に関与する左ＬＬＥのパリティ（この情報は、受信した「併合成功」メッセージに含まれるＬ側ＱブロックＩＤに基づいて、ステータスレジスタ２４５Ｌから検索される）、及び（ｉｉ）リピーターによってその後に実行される併合のための併合パリティ情報と結合することによって、そのメッセージ内の累積パリティ情報を更新する。
【０２０５】
上記のことから、図２４の量子リピーターの実施形態では、ＬＬＥが待ち行列２４６Ｒ内に蓄積されているので、右ＬＬＥが併合動作において使い果たされるか、又は満了するとすぐに、直ちに使用できる別の右ＬＬＥが存在する可能性が高いことは明らかである。
【０２０６】
蓄積されたＬＬＥは、「浄化」として知られるプロセスにおいても用いられ得る。
「浄化」は、局所的な量子演算及び古典的通信を介して、２つのエンタングルメントを結合して、１つの更に忠実度の高いペアにすることによって、エンタングルメントの忠実度を高める。
【０２０７】
図２４の形態の中間リピーターノードを有するノード連鎖のエンドノードの形態及び動作に関して、リピーター２４０の上記の説明を参照することによって、当業者は、図１０のリピーター１００との関連で先に説明された左及び右エンドノードに対して必要とされる改変を判断することができるであろう。
【０２０８】
図２４の実施形態に関しては、ＬＬＥ生成サブシステム内に複数のＬ側及び／又はＲ側Ｑブロックが存在し、結果として、関連するエンドノードのうちの一方又は両方が複数のＱブロックを有する場合、そのような「マルチＱブロック」エンドノードが、図１８を参照して先に説明されたように、その中にＥ２Ｅエンタングルメントをシフトすることができる出力バッファを設けられることになる場合には、図２６に示される装置を有効に利用して、複数のＬ側／Ｒ側Ｑブロックを出力バッファの複数のＱブロックと接続するために必要となっていたはずのｎ×ｍ光スイッチを使用するのを避けることができる。
【０２０９】
より具体的には、図２６は、図２５のＬＬＥ生成サブシステムと概ね同様のＲ側を有する左エンドノード２６０を示しており、ｎ個のＲ側Ｑブロック２５６が、光学併合ユニット２５６及びローカルリンクファイバー２６４を通してリピーターノードの連鎖２６１に光学的に結合されている。
また、エンドノード２６０は、ｍ個のＱブロック１８４を有する図１８の形態の出力バッファ１８２、及び光学併合ユニット１８６も含む。
Ｒ側Ｑブロック２５６のいずれか１つを出力バッファＱブロック１８４のいずれか１つに光学的に結合するのに、ｎ×ｍ光スイッチを使用するのを避けるために、仲介Ｑブロック２６２が設けられる。
Ｑブロック２５３及び１８４は全て捕捉相互作用機能を有するのに対して、仲介Ｑブロック２６２は転送相互作用能力を有する。
１×２光スイッチ２６３によって、ローカルリンクファイバー２６４とループバックファイバー２６５との間で光学併合ユニット２５６の出力を切り替えることができるようになり、ループバックファイバーは光学併合ユニット１８６の入力に入る。
この装置によれば、Ｒ側Ｑブロック２５３のうちの「選択的に発射される」いずれか１つ、又は出力バッファＱブロック１８４のうちの「選択的に発射される」いずれか１つを、仲介Ｑブロック２６２に結合できるようになる。
結果として、Ｒ側Ｑブロック２５３のうちの１つにおいて繋ぎ止められるＥ２Ｅエンタングルメントの左端を仲介Ｑブロック２６２にシフトすることができ、そこから、出力バッファＱブロック１８４のうちの選択された１つにシフトすることができ、いずれのシフトも延長動作（図１Ｂを参照）によって達成される。代替的には、選択された出力バッファＱブロック１８４を最初に仲介Ｑブロック２６２とエンタングルし、その後、仲介Ｑブロック２６２と、Ｅ２Ｅエンタングルメントを繋ぎ止めているＲ側Ｑブロック２５３との間で併合動作を達成することができる。
【０２１０】
図２６に示されるエンドノードは複数のＲ側Ｑブロックを有する左エンドノードであるが、同じ手法は、複数のＬ側Ｑブロックを有する右エンドノードについても用いられ得る。
【０２１１】
本発明の上記の実施形態に対して数多くの変形を実現できることは理解されよう。
【０２１２】
例えば、図２２の形態のＬＬＥ生成サブシステムを用いて、発射毎のエンタングルメント生成の成功確率を高める場合、発射集団が発射した後に所定の時間で右ＬＬＥが生成されているという仮定に基づいて、図１０の量子リピーターを動作させることができるであろう（この所定の時間は、光列２２８がターゲットキュービットまで移動する時間と、光列及びその先駆光パルスの時間長とを合わせたものである）。
したがって、図１１の保留状態１１１から右エンタングル済み状態１１０への遷移は、ＬＬＥＣ「成功」メッセージの受信ではなく、時間に基づいてトリガーされ得る。これにより、左隣ノードから、そのリピーターを作業中リピーターにするトークンが受信されており、かつ右側キュービットが右隣ノードのキュービットと「エンタングルされたと予想される」ときに、局所的な併合動作がトリガーされる（この後者のエンタングルメントの存在が「成功」メッセージによって確認されたのとは対照的である）。
実際には、エンタングルされたフュージリアキュービットを識別できるようにする右隣ノードからの情報を依然として待ち受ける必要があり、この情報そのものは実効的には「成功」メッセージであるので、図１０の実施形態の場合、この変形形態はほとんど的外れである。
しかしながら、Ｅ２Ｅエンタングルメントが依然として左エンドノードから生成される間に、ＬＬＥ生成光場が右から左の方向に進行するような、先に検討された図１０の実施形態の変形形態の場合、量子リピーター内に１つのＲキュービット（ターゲットキュービット）しか存在しないので、ここで、リピーターが作業中リピーターであり、かつその右隣ノード内の発射集団からの光場列が完全に受信されていると、併合動作をトリガーすることができる。
残念なことに、光場列が完全に受信された時点がわかるのが、いかなる場合でもＬＬＥ生成試行の結果がターゲットキュービットの測定を通してリピーターにおいてわかる時点よりも早くないので、これも一般的に、特に好都合ではない。
【０２１３】
種々の理由から、サイクル毎に量子リピーターによって達成される左側及び右側へのエンタングルメントの併合が、関連するリピーターのＬ側キュービット及びＲ側キュービットにおいて上記の形態の併合動作を実行することによって直接にではなく、１つ又は複数のローカルキュービット（「中間キュービット」）の仲介を通して実行されるように変更することが望ましい場合がある。
例えば、１つの中間キュービットが与えられる場合、左側及び右側へのエンタングルメントを、エンタングルされたＬ側／Ｒ側キュービット（必要に応じて）及びその中間キュービットを伴うそれぞれの延長動作によって、中間キュービットまで別々に延長することができる。その後、その中間キュービットは、そのＸ測定動作を実行することによって、エンタングルメントから除去される。
リピーターの左側及び右側へのエンタングルメントの局所的な併合がいかにして達成されるかの詳細は、「端部延長」に基づいて動作する量子リピーターの動作の一般的態様にとって重要でないことは理解されよう。
【０２１４】
ＬＬＥ制御ユニット８２、８３及び併合制御ユニット８７の実施に関して、説明された機能は、通常、プログラム制御プロセッサ又は対応する専用ハードウェアによって提供されることは理解されよう。
さらに、ＬＬＥ制御ユニット機能が最低限である場合に特に、ＬＬＥ制御ユニット及び併合制御ユニットの機能は、実際には統合され得る。
当然、制御機能の分割も或る程度任意である。しかしながら、ＬＬＥ制御機能は、ＬＬＥ制御ユニットに分離する価値がある。なぜなら、特定のリピーターの実施形態では、ＬＬＥ生成は自走実行であり、すなわち、併合制御のような、更に上位の動作と調整されないためである。
重ねて、ＬＬＥ制御機能は、併合制御及びトークン受け渡しの制御に関連付けられた制御機能である。このトークン受け渡しの制御機能は、実効的には、リピーターの最上位の制御を提供し、最上位の制御装置によって提供されているとみなされ得る（上記の実施形態では、これは併合制御ユニットによって形成されるが、トークン受け渡し制御は、併合制御ユニットから分離して、自らの別個の制御ユニットにすることもできる）。
【０２１５】
これまでの説明において、光場は、一般的には、ノード間、及びリピーターの量子物理ハードウェアの構成要素間の両方において光ファイバーを介して送信されるように説明されてきたが、誘導される（光導波路と同様）にしても、誘導されない（直線）にしても、更には自由空間を通るにしても又は物理媒体を通るにしても、任意の適切な光チャネルを介して光場を送信することができることは、理解されよう。
したがって、例えば、リピーターの量子物理ハードウェアの光ファブリックは、光共振器（cavity）内に配置されるダイヤモンド格子内の窒素原子によって与えられるキュービットとインターフェースするシリコンチャネルを含み得る。
【０２１６】
既に示されているように、当業者は、Ｑブロックを物理的にいかに実現することができるかを理解するはずであり、関連する例示的な実施態様の詳細を、参照により本明細書に援用される、以下の文献において見つけることができる。
−「Fault-tolerant quantum repeaters with minimal physical resources, and implementations based on single photon emitters」（L. Childress, J. M. Taylor, A. S. Sorensen, and M. D. Lukin; Physics Review A 72, 052330 (2005)）
−「Fault-Tolerant Quantum Communications Based on Solid-State Photon Emitters」（L. Childress, J. M. Taylor, A. S. Sorensen, and M. D. Lukin; Physical Review Letters 96, 070504 (2006)）
−「hybrid quantum repeater based on dispersive CQED interactions between matter qubits and bright coherent light」（T D Ladd, P van Loock, K Nemoto, 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, 240505 (2006)）
−「Distributed Quantum Computation Based-on Small Quantum Registers」（Liang Jiang, Jacob M. Tayler, Anders S. Sorensen, Mikhail D. Lukin; Physics. Review. A 76, 062323 (2007)）
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【国際調査報告】
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