論文の概要: On the Bipartite Entanglement Capacity of Quantum Networks
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.04477v1
- Date: Mon, 10 Jul 2023 10:58:02 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-07-11 13:21:30.614273
- Title: On the Bipartite Entanglement Capacity of Quantum Networks
- Title（参考訳）: 量子ネットワークの2成分絡み合い容量について
- Authors: Gayane Vardoyan, Emily van Milligen, Saikat Guha, Stephanie Wehner,
Don Towsley
- Abstract要約: 我々は,非決定論的エンタングルメントスワップ機能を持つデバイスからなる量子ネットワークにおいて,一対のノードに対するマルチパスエンタングルメント分布を考察する。
このフロー問題を解決するために,混合整数2次制約付きプログラム(MIQCP)を提案する。
次に、時間単位当たりのユーザに分散されたEPR状態の最大数として定義される、ネットワーク全体の容量を計算する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 14.168641976122831
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We consider the problem of multi-path entanglement distribution to a pair of
nodes in a quantum network consisting of devices with non-deterministic
entanglement swapping capabilities. Multi-path entanglement distribution
enables a network to establish end-to-end entangled links across any number of
available paths with pre-established link-level entanglement. Probabilistic
entanglement swapping, on the other hand, limits the amount of entanglement
that is shared between the nodes; this is especially the case when, due to
architectural and other practical constraints, swaps must be performed in
temporal proximity to each other. Limiting our focus to the case where only
bipartite entangled states are generated across the network, we cast the
problem as an instance of generalized flow maximization between two quantum end
nodes wishing to communicate. We propose a mixed-integer quadratically
constrained program (MIQCP) to solve this flow problem for networks with
arbitrary topology. We then compute the overall network capacity, defined as
the maximum number of EPR states distributed to users per time unit, by solving
the flow problem for all possible network states generated by probabilistic
entangled link presence and absence, and subsequently by averaging over all
network state capacities. The MIQCP can also be applied to networks with
multiplexed links. While our approach for computing the overall network
capacity has the undesirable property that the total number of states grows
exponentially with link multiplexing capability, it nevertheless yields an
exact solution that serves as an upper bound comparison basis for the
throughput performance of easily-implementable yet non-optimal entanglement
routing algorithms. We apply our capacity computation method to several
networks, including a topology based on SURFnet -- a backbone network used for
research purposes in the Netherlands.
- Abstract（参考訳）: 非決定論的絡み合い交換能力を有するデバイスからなる量子ネットワーク内の一対のノードに対するマルチパス絡み合い分布の問題を考える。
マルチパスの絡み合い分布は、ネットワークが予め確立されたリンクレベルの絡み合いを持つ任意の経路をまたいだエンドツーエンドの絡み合いリンクを確立することを可能にする。
一方、確率的絡み合いスワップは、ノード間で共有される絡み合いの量を制限している。
両端が絡み合った状態のみをネットワーク全体に生成する場合に焦点を絞って、通信を希望する2つの量子終端ノード間の一般化フロー最大化の例として、この問題を論じる。
任意のトポロジを持つネットワークに対して,このフロー問題を解決するため,MIQCP(mixed-integer quadratically constrained program)を提案する。
次に、確率的絡み合うリンクの存在と不在によって生じる全ての可能なネットワーク状態のフロー問題を解き、その後、すべてのネットワーク状態容量を平均することで、時間単位当たりのepr状態の最大数として定義される全体のネットワーク容量を計算する。
MIQCPは多重リンクを持つネットワークにも適用できる。
ネットワーク全体の容量を計算するアプローチは、リンク多重化能力によって状態の総数が指数関数的に増加するという望ましくない性質を持つが、しかしながら、容易に実装できるが最適でない絡み合いルーティングアルゴリズムのスループット性能の上限比較となる正確な解が得られる。
本稿では,オランダにおける研究目的のバックボーンネットワークであるSURFnetに基づくトポロジーを含む,いくつかのネットワークに容量計算手法を適用した。
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