論文の概要: Entanglement Routing over Networks with Time Multiplexed Repeaters
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.15028v3
- Date: Thu, 28 Mar 2024 22:54:23 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-04-01 20:36:47.842042
- Title: Entanglement Routing over Networks with Time Multiplexed Repeaters
- Title（参考訳）: 時間多重リピータを用いたネットワーク上の絡み合いルーティング
- Authors: Emily A Van Milligen, Eliana Jacobson, Ashlesha Patil, Gayane Vardoyan, Don Towsley, Saikat Guha,
- Abstract要約: 量子ネットワークは、量子リピータを使用することで、長距離のエンタングルメントで消費者にサービスを提供することができる。
グローバルリンク状態の知識は、2つの消費者間の絡み合いの発生率を最大化するために必要である。
本稿では、量子メモリのコヒーレンス時間要求を緩和するために、局所リンク状態の知識のみを必要とする2つの絡み合ったルーティングプロトコルを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.850295347968808
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum networks will be able to service consumers with long-distance entanglement by use of quantum repeaters that generate Bell pairs (or links) with their neighbors, iid with probability $p$ and perform Bell State Measurements (BSMs) on the links that succeed iid with probability $q$. While global link state knowledge is required to maximize the rate of entanglement generation between any two consumers, it increases the protocol latency due to the classical communication requirements and requires long quantum memory coherence times. We propose two entanglement routing protocols that require only local link state knowledge to relax the quantum memory coherence time requirements and reduce the protocol latency. These protocols utilize multi-path routing protocol and time multiplexed repeaters. The time multiplexed repeaters first generate links for $k$-time steps before performing BSMs on any pairs of links. Our two protocols differ in the decision rule used for performing BSMs at the repeater: the first being a static path based routing protocol and second a dynamic distance based routing protocol. The performance of these protocols depends on the quantum network topology and the consumers' location. We observe that the average entanglement rate and the latency increase with the time multiplexing block length, $k$, irrespective of the protocol. When a step function memory decoherence model is introduced such that qubits are held in the quantum memory for an exponentially distributed time with mean $\mu$, an optimal $k$ ($k_\text{opt}$) value appears, such that for increasing $k$ beyond $k_{\rm opt}$ hurts the entanglement rate. $k_{\rm opt}$ decreases with $p$ and increases with $\mu$. $k_{\rm opt}$ appears due to the tradeoff between benefits from time multiplexing and the increased likelihood of previously established Bell pairs decohering due to finite memory coherence times.
- Abstract（参考訳）: 量子ネットワークは、隣人とベルペア(またはリンク)を生成する量子リピータを使い、確率$p$でiidを生成し、確率$q$でiidを成功させるリンク上でBell State Measurements (BSMs)を実行することで、長距離の絡み合いで消費者にサービスを提供することができる。
グローバルリンク状態の知識は、2つのコンシューマ間の絡み合いの発生率を最大化するために必要であるが、古典的な通信要求によるプロトコル遅延を増大させ、長い量子メモリコヒーレンス時間を必要とする。
本稿では,局所リンク状態のみを必要とする2つの絡み合ったルーティングプロトコルを提案し,量子メモリのコヒーレンス時間要件を緩和し,プロトコルのレイテンシを低減する。
これらのプロトコルはマルチパスルーティングプロトコルと時間多重リピータを利用する。
時間多重リピータは、まず、任意のリンクに対してBSMを実行する前に、$k$のタイムステップのリンクを生成する。
我々の2つのプロトコルは、リピータでBSMを実行するために使用される決定ルールが異なる: 1つは静的パスベースのルーティングプロトコルであり、2つ目は動的距離ベースのルーティングプロトコルである。
これらのプロトコルの性能は、量子ネットワークトポロジと消費者の位置に依存する。
我々は,プロトコルによらず,時間多重化ブロック長で平均絡み合い率と遅延が増加することを観察した。
ステップ関数メモリデコヒーレンスモデルを導入すると、量子ビットが平均$\mu$で指数関数的に分散された時間に保持され、最適な$k$$$k_\text{opt}$)値が現れる。
k_{\rm opt}$は$p$で減少し、$\mu$で増加します。
$k_{\rm opt}$は、時間多重化の利点と、有限メモリコヒーレンス時間によって確立されたベルペアがデコヒーレンスする可能性の増加とのトレードオフによって現れる。
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