論文の概要: Quantum Entanglement Allocation through a Central Hub

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.08173v2
• Date: Wed, 25 Sep 2024 10:49:07 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-11-07 21:20:36.344252
• Title: Quantum Entanglement Allocation through a Central Hub
• Title（参考訳）: 中心ハブにおける量子エンタングルメントの配置
• Authors: Yu-Ao Chen, Xia Liu, Chenghong Zhu, Lei Zhang, Junyu Liu, Xin Wang,
• Abstract要約: 我々は,集中型ハブアーキテクチャにおいて,$N$-qubit W状態の割り当てを行うためのローカル演算と古典的通信プロトコルを提案する。 その結果、これらのプロトコルは、中央システム内で量子メモリの$N$ qubitsしか使用せず、それぞれWおよびGHZ状態の古典ビットに対して$N$2$と$N$の通信コストがかかることを決定的かつ正確に示している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.641563181229623
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Establishing a fully functional quantum internet relies on the efficient allocation of multipartite entangled states, which enables advanced quantum communication protocols, secure multipartite quantum key distribution, and distributed quantum computing. In this work, we propose local operations and classical communication (LOCC) protocols for allocating generalized $N$-qubit W states within a centralized hub architecture, where the central hub node preshares Bell states with each end node. We develop a detailed analysis of the optimality of the resources required for our proposed W-state allocation protocol and the previously proposed GHZ-state protocol. Our results show that these protocols deterministically and exactly distribute states using only $N$ qubits of quantum memory within the central system, with communication costs of $2N - 2$ and $N$ classical bits for the W and GHZ states, respectively. These resource-efficient LOCC protocols are further proven to be optimal within the centralized hub architecture, outperforming conventional teleportation protocols for entanglement distribution in both memory and communication costs. Our results provide a more resource-efficient method for allocating essential multipartite entangled states in quantum networks, paving the way for the realization of a quantum internet with enhanced efficiency.
• Abstract（参考訳）: 完全に機能する量子インターネットを確立するには、高度な量子通信プロトコル、セキュアなマルチパーティの量子鍵分布、分散量子コンピューティングを可能にするマルチパーティの絡み合った状態の効率的な割り当てに依存する。 本研究では、中央ハブノードが各端ノードでベル状態を事前共有する集中ハブアーキテクチャにおいて、一般化された$N$-qubit W状態を割り当てるためのローカル演算と古典通信(LOCC)プロトコルを提案する。 本稿では,提案するW状態割当プロトコルと,提案したGHZ状態割当プロトコルに必要なリソースの最適性を詳細に分析する。 以上の結果から,これらのプロトコルは,WおよびGHZ状態の通信コストが2N〜2ドル,GHZ状態の通信コストが2N〜2ドル,量子メモリの1量子ビットあたり$N$のみを用いて,決定的かつ正確に分散していることがわかった。 これらのリソース効率の高いLOCCプロトコルは、メモリと通信のコストの双方において、従来の通信プロトコルよりも優れた、集中型のハブアーキテクチャにおいて最適であることがさらに証明されている。 本研究は, 量子ネットワークにおける本質的な多部絡み合い状態の割当てに, より資源効率のよい方法を提供し, 量子インターネットの実現を効率よく進めるものである。

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