論文の概要: Optimistic Entanglement Purification in Quantum Networks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.08034v1
• Date: Tue, 16 Jan 2024 01:08:17 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-01-17 15:41:11.056717
• Title: Optimistic Entanglement Purification in Quantum Networks
• Title（参考訳）: 量子ネットワークにおける最適絡み合いの浄化
• Authors: Mohammad Mobayenjarihani, Gayane Vardoyan, Don Towsley
• Abstract要約: 量子チャネルで発生するノイズと光子損失は、量子ネットワークにおける信頼性の高い絡み合い生成において大きな課題となる。 短期ネットワークでは、成功裏に発生した絡みをエンドポイントに通知するためには、階層化が必要である。 我々は, 絡み込みポンプ方式, 地上および衛星ベースのEPR発生源, 最先端の浄化回路に最適化を適用した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.511763058777259
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Noise and photon loss encountered on quantum channels pose a major challenge for reliable entanglement generation in quantum networks. In near-term networks, heralding is required to inform endpoints of successfully generated entanglement. If after heralding, entanglement fidelity is too low, entanglement purification can be utilized to probabilistically increase fidelity. Traditionally, purification protocols proceed as follows: generate heralded EPR pairs, execute a series of quantum operations on two or more pairs between two nodes, and classically communicate results to check for success. Purification may require several rounds while qubits are stored in memories, vulnerable to decoherence. In this work, we explore the notion of optimistic purification in a single link setup, wherein classical communication required for heralding and purification is delayed, possibly to the end of the process. Optimism reduces the overall time EPR pairs are stored in memory. While this is beneficial for fidelity, it can result in lower rates due to the continued execution of protocols with sparser heralding and purification outcome updates. We apply optimism to the entanglement pumping scheme, ground- and satellite-based EPR generation sources, and current state-of-the-art purification circuits. We evaluate sensitivity performance to a number of parameters including link length, EPR source rate and fidelity, and memory coherence time. We observe that our optimistic protocols are able to increase fidelity, while the traditional approach becomes detrimental to it for long distances. We study the trade-off between rate and fidelity under entanglement-based QKD, and find that optimistic schemes can yield higher rates compared to non-optimistic counterparts, with most advantages seen in scenarios with low initial fidelity and short coherence times.
• Abstract（参考訳）: 量子チャネルで発生するノイズと光子損失は、量子ネットワークにおける信頼性の高い絡み合い生成において大きな課題となる。 短期的ネットワークでは、エンタングルメントをうまく生成したエンドポイントに知らせるためには、ヘラルドが必要である。 エンタングルメント忠実度が低すぎると、エンタングルメント精製を利用して忠実度を確率的に向上させることができる。 伝統的に、浄化プロトコルは次のようになる: ヘラルドepr対を生成し、2つのノード間で2つ以上のペアで一連の量子演算を実行し、古典的に結果を伝達して成功を確認する。 清浄にはいくつかのラウンドが必要であり、キュービットはメモリに格納され、非一貫性に弱い。 本研究は, 単一リンク設定における楽観的な浄化の概念を探求するものであり, 階層化と浄化に必要な古典的コミュニケーションは, 恐らくプロセスの終わりまで遅れる。 最適化は、EPRペアがメモリに格納される全体の時間を削減する。 これは忠実性には有益であるが、スパルサーのヘラルドと浄化結果の更新を伴うプロトコルの継続実行により、レートが低下する可能性がある。 我々は, 絡み込みポンプ方式, 地上および衛星ベースのEPR発生源, 最先端の浄化回路に最適化を適用した。 本研究では,リンク長,EPRソースレート,忠実度,メモリコヒーレンス時間などのパラメータに対する感度特性を評価する。 我々の楽観的なプロトコルは忠実度を高めることができる一方で、従来のアプローチは長距離にわたってそれに対して有害になる。 エンタングルメントに基づくQKDの下での速度と忠実度の間のトレードオフについて検討し、楽観的なスキームが非最適手法よりも高いレートが得られることを見出した。

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