論文の概要: Quantum Switches for Gottesman-Kitaev-Preskill Qubit-based All-Photonic Quantum Networks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.02721v1
• Date: Mon, 5 Feb 2024 04:34:48 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-02-06 17:46:15.355181
• Title: Quantum Switches for Gottesman-Kitaev-Preskill Qubit-based All-Photonic Quantum Networks
• Title（参考訳）: Gottesman-Kitaev-Preskill Qubit-based All-Photonic Quantum Networksのための量子スイッチ
• Authors: Mohadeseh Azari, Paul Polakos, Kaushik P. Seshadreesan
• Abstract要約: 本稿では,GKP量子ビットベースの量子ネットワークのための量子スイッチを提案する。 我々の量子スイッチは任意の位相の量子ネットワークを実現する方法を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP) code, being information theoretically near optimal for quantum communication over Gaussian thermal-loss optical channels, is likely to be the encoding of choice for advanced quantum networks of the future. Quantum repeaters based on GKP-encoded light have been shown to support high end-to-end entanglement rates across large distances despite realistic finite squeezing in GKP code preparation and homodyne detection inefficiencies. Here, we introduce a quantum switch for GKP-qubit-based quantum networks, whose architecture involves multiplexed GKP-qubit-based entanglement link generation with clients, and their all-photonic storage, together enabled by GKP-qubit graph state resources. For bipartite entanglement distribution between clients via entanglement swapping, the switch uses a multi-client generalization of a recently introduced $\textit{entanglement-ranking-based link matching}$ protocol heuristic. Since generating the GKP-qubit graph state resource is hardware intensive, given a total resource budget and an arbitrary layout of clients, we address the question of their optimal allocation towards the different client-pair connections served by the switch such that the sum throughput of the switch is maximized while also being fair in terms of the individual entanglement rates. We illustrate our results for an exemplary data center network, where the data center is a client of a switch and all of its other clients aim to connect to the data center alone -- a scenario that also captures the general case of a gateway router connecting a local area network to a global network. Together with compatible quantum repeaters, our quantum switch provides a way to realize quantum networks of arbitrary topology.
• Abstract（参考訳）: ゴッテマン・キタエフ・プレスキル(gkp)符号は、理論上はガウスの熱損失光チャネル上の量子通信に最適に近い情報であり、将来の量子ネットワークにおける選択のエンコーディングである可能性が高い。 GKP符号化光に基づく量子リピータは、GKP符号の準備やホモダイン検出の非効率が現実的有限スキーズであるにもかかわらず、広範囲にわたる高いエンドツーエンドの絡み合い速度をサポートすることが示されている。 本稿では,GKP量子ビットベースの量子ネットワークにおいて,クライアントとの多重化GKP量子ビットベースの絡み合いリンク生成を含むアーキテクチャと,GKP量子ビットグラフ状態リソースを併用した全フォトニックストレージを提案する。 このスイッチは、最近導入された$\textit{entanglement- rank-based link matching}$ protocol heuristicのマルチクライアント一般化を使用する。 GKP-qubit グラフ状態リソースの生成はハードウェア集約的であり、総リソース予算とクライアントの任意のレイアウトが与えられているため、スイッチによって提供される異なるクライアントペア接続に対する最適な割り当ての問題に対処し、スイッチの総スループットを最大化するとともに、個々の絡み合い率についても公平である。 データセンターがスイッチのクライアントであり、他のすべてのクライアントがデータセンタに接続することを目指しています。これは、ローカルエリアネットワークをグローバルネットワークに接続するゲートウェイルータの一般的なケースをキャプチャするシナリオです。 互換性のある量子リピータとともに、量子スイッチは任意のトポロジーの量子ネットワークを実現する方法を提供する。

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