論文の概要: On the Bipartite Entanglement Capacity of Quantum Networks
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.04477v2
- Date: Fri, 17 May 2024 20:15:43 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-22 00:50:05.775542
- Title: On the Bipartite Entanglement Capacity of Quantum Networks
- Title（参考訳）: 量子ネットワークのバイパルタイト絡み容量について
- 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）: 9.377912974064227
- 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）: 本研究では,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の問題を考察する。
マルチパスの絡み合い分布により、ネットワークは、予め確立されたリンクレベルの絡み合いを持つ任意の利用可能な経路をまたいで、エンドツーエンドの絡み合いのあるリンクを確立することができる。
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ます。
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。
そして、確率的絡み合ったリンクの存在と不在によって生成された全てのネットワーク状態に対するフロー問題を解くことで、時間単位当たりのEPR状態の最大数として定義されるネットワーク容量を計算し、その後、すべてのネットワーク状態容量を平均化する。
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ためのアプローチは、リンク多重化能力によって全状態が指数関数的に増加するという望ましくない性質を持っているが、しかしながら、容易に実装できるが最適でない絡み合う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基盤として機能す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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