論文の概要: FENDI: Toward High-Fidelity Entanglement Distribution in the Quantum Internet

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2301.08269v3
• Date: Tue, 24 Oct 2023 16:37:03 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-10-26 03:18:42.624214
• Title: FENDI: Toward High-Fidelity Entanglement Distribution in the Quantum Internet
• Title（参考訳）: FENDI:量子インターネットにおける高密度エンタングルメント分布を目指して
• Authors: Huayue Gu, Zhouyu Li, Ruozhou Yu, Xiaojian Wang, Fangtong Zhou, Jianqing Liu, Guoliang Xue
• Abstract要約: 量子ネットワークは、リモートノード間の量子絡み合いを分散し、セキュアな通信、量子センシング、分散量子コンピューティングにおける多くのアプリケーションにとって鍵となる。 本稿では,マルチホップ量子リピータネットワークにおけるスループットと絡み合い分布の質の基本的なトレードオフについて検討する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.103184144665637
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: A quantum network distributes quantum entanglements between remote nodes, and is key to many applications in secure communication, quantum sensing and distributed quantum computing. This paper explores the fundamental trade-off between the throughput and the quality of entanglement distribution in a multi-hop quantum repeater network. Compared to existing work which aims to heuristically maximize the entanglement distribution rate (EDR) and/or entanglement fidelity, our goal is to characterize the maximum achievable worst-case fidelity, while satisfying a bound on the maximum achievable expected EDR between an arbitrary pair of quantum nodes. This characterization will provide fundamental bounds on the achievable performance region of a quantum network, which can assist with the design of quantum network topology, protocols and applications. However, the task is highly non-trivial and is NP-hard as we shall prove. Our main contribution is a fully polynomial-time approximation scheme to approximate the achievable worst-case fidelity subject to a strict expected EDR bound, combining an optimal fidelity-agnostic EDR-maximizing formulation and a worst-case isotropic noise model. The EDR and fidelity guarantees can be implemented by a post-selection-and-storage protocol with quantum memories. By developing a discrete-time quantum network simulator, we conduct simulations to show the characterized performance region (the approximate Pareto frontier) of a network, and demonstrate that the designed protocol can achieve the performance region while existing protocols exhibit a substantial gap.
• Abstract（参考訳）: 量子ネットワークは、遠隔ノード間で量子の絡み合いを分散させ、セキュアな通信、量子センシング、分散量子コンピューティングにおける多くの応用の鍵となる。 本稿では,マルチホップ量子リピータネットワークにおけるスループットと絡み合い分布の質のトレードオフについて検討する。 エンタングルメント分布率(EDR)および/またはエンタングルメント忠実度をヒューリスティックに最大化することを目的とした既存の研究と比較して、我々のゴールは、任意の量子ノード間の最大到達可能なEDRの上限を満たしつつ、最大到達可能な最悪のケース忠実度を特徴づけることである。 この特徴付けは、量子ネットワークの達成可能な性能領域の基本的な境界を提供し、量子ネットワークトポロジー、プロトコル、アプリケーションの設計を支援する。 しかし、そのタスクは非常に非自明であり、証明する限りNPハードである。 我々の主な貢献は、達成可能な最悪のケースの忠実度を厳密なEDR境界に近似する完全多項式時間近似スキームであり、最適忠実度非依存なEDR最適化と最悪のケース等方性雑音モデルを組み合わせたものである。 EDRとフィデリティ保証は、量子メモリを備えたポストセレクション・アンド・ストレージプロトコルによって実装できる。 離散時間量子ネットワークシミュレータを開発することで,ネットワークの特徴的な性能領域(近似パレートフロンティア)を示すシミュレーションを行い,既存のプロトコルが実質的なギャップを示す一方で,設計プロトコルが性能領域を達成できることを実証する。

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