論文の概要: Comparing One- and Two-way Quantum Repeater Architectures

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.06152v3
• Date: Wed, 16 Jul 2025 18:17:01 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-18 13:45:37.351426
• Title: Comparing One- and Two-way Quantum Repeater Architectures
• Title（参考訳）: 一方向と二方向の量子リピータアーキテクチャの比較
• Authors: Prateek Mantri, Kenneth Goodenough, Don Towsley,
• Abstract要約: マルチプレキシングとアプリケーション対応蒸留を組み合わせた双方向リピータプロトコルを提案する。 双方向アーキテクチャは、技術やリソースのオーバーヘッドを低くしながら、一貫した一方的なプロトコルよりも優れていることがわかった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.942288691108914
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum repeaters are an essential building block for realizing long-distance quantum communications. However, due to the fragile nature of quantum information, these repeaters suffer from loss and operational errors. Prior works have classified repeaters into three broad categories based on their use of probabilistic or near-deterministic methods to mitigate these errors. Besides differences in classical communication times, these approaches also vary in technological complexity, with near-deterministic methods requiring more advanced hardware. Recent increases in memory availability and advances in multiplexed entanglement generation motivate a fresh comparison of one-way and two-way repeater architectures. In this work, we present a two-way repeater protocol that combines multiplexing with application-aware distillation, designed for a setting where sufficient high-quality memory resources are available -- reflecting architectural assumptions expected in large-scale network deployments. We introduce a recursive formulation to track the full probability distribution of Bell pairs in multiplexed two-way repeater architectures, enabling the performance analysis of multiplexed repeater schemes which use probabilistic $n$-to-$k$ distillation. Using this framework, we compare the proposed two-way protocol with one-way schemes in parameter regimes previously believed to favour the latter, and find that the two-way architecture consistently outperforms one-way protocols while requiring lower technological and resource overheads.
• Abstract（参考訳）: 量子リピータは、長距離量子通信を実現するための重要なビルディングブロックである。 しかし、量子情報の脆弱な性質のため、これらのリピータは損失と運用上のエラーに悩まされる。 従来の研究では、リピータを確率的あるいはほぼ決定論的手法を用いて、これらの誤りを緩和する3つの幅広いカテゴリに分類していた。 古典的な通信時間の違いに加えて、これらのアプローチは技術的に複雑であり、より高度なハードウェアを必要とするほぼ決定論的手法である。 近年のメモリ・アベイラビリティ向上とマルチプレクシド・エンタングルメント・ジェネレーションの進歩は、一方通行と双方向のリピータ・アーキテクチャの新たな比較を動機付けている。 本研究では,マルチプレキシングとアプリケーション対応蒸留を組み合わせた双方向リピータプロトコルを提案する。これは,大規模なネットワーク展開において期待されるアーキテクチャ上の前提を反映した,十分な高品質なメモリリソースが利用可能な環境で設計されている。 本稿では, 確率的$n$-to-k$蒸留を用いた多重化リピータ方式の性能解析を可能にするため, 多重化二方向リピータアーキテクチャにおけるベル対の全確率分布を追従する再帰的定式化を提案する。 このフレームワークを用いて,提案した双方向プロトコルと,従来は後者が好まれていたパラメータ体系の一方方向スキームを比較し,一方方向アーキテクチャがより低い技術的・資源的オーバーヘッドを伴いながら一貫して一方方向プロトコルより優れていることを見出した。

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