論文の概要: Subexponential rate versus distance with time-multiplexed quantum
repeaters
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2105.01002v2
- Date: Fri, 19 Nov 2021 16:27:21 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-01 17:49:15.062982
- Title: Subexponential rate versus distance with time-multiplexed quantum
repeaters
- Title（参考訳）: 時間多重量子リピータを用いたサブ指数速度と距離
- Authors: Prajit Dhara, Ashlesha Patil, Hari Krovi, Saikat Guha
- Abstract要約: 直接伝送による量子通信容量-$L$光ファイバーは$R sim e-alpha L$としてスケールし、$alpha$はファイバーの損失係数である。
時間多重化は、空間的あるいはスペクトル的多重化だけでは達成できない$R sim e-tsqrtalpha L$というサブ指数速度-vs.距離スケーリングにつながることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9634859579172252
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Quantum communications capacity using direct transmission over length-$L$
optical fiber scales as $R \sim e^{-\alpha L}$, where $\alpha$ is the fiber's
loss coefficient. The rate achieved using a linear chain of quantum repeaters
equipped with quantum memories, probabilistic Bell state measurements (BSMs)
and switches used for spatial multiplexing, but no quantum error correction,
was shown to surpass the direct-transmission capacity. However, this rate still
decays exponentially with the end-to-end distance, viz., $R \sim e^{-s{\alpha
L}}$, with $s < 1$. We show that the introduction of temporal multiplexing -
i.e., the ability to perform BSMs among qubits at a repeater node that were
successfully entangled with qubits at distinct neighboring nodes at {\em
different} time steps - leads to a sub-exponential rate-vs.-distance scaling,
i.e., $R \sim e^{-t\sqrt{\alpha L}}$, which is not attainable with just spatial
or spectral multiplexing. We evaluate analytical upper and lower bounds to this
rate, and obtain the exact rate by numerically optimizing the time-multiplexing
block length and the number of repeater nodes. We further demonstrate that
incorporating losses in the optical switches used to implement time
multiplexing degrades the rate-vs.-distance performance, eventually falling
back to exponential scaling for very lossy switches. We also examine models for
quantum memory decoherence and describe optimal regimes of operation to
preserve the desired boost from temporal multiplexing. Quantum memory
decoherence is seen to be more detrimental to the repeater's performance over
switching losses.
- Abstract（参考訳）: 長さ-l$の光ファイバによる直接伝送を用いた量子通信能力は、$r \sim e^{-\alpha l}$であり、ここで$\alpha$はファイバーの損失係数である。
量子記憶と確率的ベル状態測定(bsms)と空間多重化に使用されるスイッチを備えた量子リピータの線形連鎖を用いて得られたレートは、直接透過容量を上回ったが、量子誤差補正は行われなかった。
しかし、この速度は、端から端までの距離 (viz., $R \sim e^{-s{\alpha L}}$, $s < 1$) で指数関数的に減衰する。
時間的多重化(temporal multiplexing)の導入が
繰り返しノードでキュービット間でbsmsを実行する能力は、"em different} 時間ステップで異なる隣接ノードでキュービットと絡み合うことに成功し、サブ指数レート-vsに繋がる。
距離スケーリング、すなわち$R \sim e^{-t\sqrt{\alpha L}}$は空間的あるいはスペクトル的多重化だけでは達成できない。
このレートに対する解析上の上限と下限を評価し、時間多重化ブロック長とリピータノード数を数値的に最適化することで正確なレートを得る。
さらに、時間多重化を実装するために使用される光スイッチの損失がレートvsを劣化させることを示す。
距離性能は最終的に非常に損失の少ないスイッチの指数スケーリングに戻る。
また,量子メモリのデコヒーレンスモデルについて検討し,時間的多重化から所望の増大を保ちながら,最適動作のレジームを記述する。
量子メモリのデコヒーレンスは、スイッチング損失よりもリピータのパフォーマンスに有害であると考えられている。
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