論文の概要: Optimizing entanglement distribution via noisy quantum channels

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.06089v1
• Date: Fri, 06 Jun 2025 13:48:20 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-09 17:28:43.495786
• Title: Optimizing entanglement distribution via noisy quantum channels
• Title（参考訳）: ノイズ量子チャネルによる絡み合い分布の最適化
• Authors: Piotr Masajada, Marco Fellous-Asiani, Alexander Streltsov,
• Abstract要約: 絡み合い分布は量子情報科学において重要な問題である。 ノイズの多い量子チャネルを経由した2つの遠方部間の量子絡み合いの分散戦略について検討する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 44.99833362998488
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Entanglement distribution is a crucial problem in quantum information science, owing to the essential role that entanglement plays in enabling advanced quantum protocols, including quantum teleportation and quantum cryptography. We investigate strategies for distributing quantum entanglement between two distant parties through noisy quantum channels. Specifically, we compare two configurations: one where the entanglement source is placed at the midpoint of the communication line, and another where it is located at one end. For certain families of qubit channels we show analytically that the midpoint strategy is optimal. Based on extensive numerical analysis, we conjecture that this strategy is generally optimal for all qubit channels. Focusing on the midpoint configuration, we develop semidefinite programming (SDP) techniques to assess whether entanglement can be successfully distributed through the network, and to quantify the amount of entanglement that can be distributed in the process. In many relevant cases the SDP formulation reliably captures the maximal amount of entanglement which can be distributed, if entanglement is quantified using the negativity. We analyze several channel models and demonstrate that, for various combinations of amplitude damping and depolarizing noise, entanglement distribution is only possible with weakly entangled input states. Excessive entanglement in the input state can hinder the channel's ability to establish entanglement. Our findings have implications for optimizing entanglement distribution in realistic quantum communication networks.
• Abstract（参考訳）: 絡み合い分布は量子情報科学において重要な問題であり、量子テレポーテーションや量子暗号といった高度な量子プロトコルの実現において絡み合いが重要な役割を担っているためである。 ノイズの多い量子チャネルを経由した2つの遠方部間の量子絡み合いの分散戦略について検討する。 具体的には,通信回線の中間点に絡み合うソースを配置する構成と,一方の端に配置する構成とを比較した。 キュービットチャネルの特定の族に対して、中間点戦略が最適であることを解析的に示す。 広範な数値解析に基づいて、この戦略は一般に全てのキュービットチャネルに対して最適であると予想する。 中間点構成に着目し,ネットワークを介して絡み合いをうまく分散できるかどうかを判定し,その過程で分散できる絡み合いの量を定量化する半定値プログラミング(SDP)技術を開発した。 多くの関連する場合において、SDPの定式化は、負性を利用して絡み合いを定量化した場合に、分散できる最大絡み合い量を確実にキャプチャする。 いくつかのチャネルモデルを分析し、振幅減衰と非分極雑音の様々な組み合わせに対して、絡み合い分布は弱い絡み合い状態でのみ可能であることを示した。 入力状態の過剰な絡み合いは、絡み合いを確立するチャネルの能力を妨げる可能性がある。 本研究は,現実的な量子通信ネットワークにおける絡み合い分布の最適化に寄与する。

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