論文の概要: Practical Routing and Criticality in Large-Scale Quantum Communication Networks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.10908v1
• Date: Sat, 13 Sep 2025 17:19:51 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-16 17:26:22.836864
• Title: Practical Routing and Criticality in Large-Scale Quantum Communication Networks
• Title（参考訳）: 大規模量子通信ネットワークにおける実践的ルーティングと臨界性
• Authors: Cillian Harney, Stefano Pirandola,
• Abstract要約: 量子通信では、ポイントツーポイント量子チャネルに対する基本的なレートロストレードオフが存在する。 量子ネットワークは、ポイントツーポイント制限を克服するソリューションであるが、同時に挑戦的なオープンな質問を招待する。 我々の研究は、量子ネットワークに単一パスルーティングプロトコルを適用する際の弱点を明らかにする。
• 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 efficacy of a communication network hinges upon both its physical architecture and the protocols that are employed within it. In the context of quantum communications, there exists a fundamental rate-loss tradeoff for point-to-point quantum channels such that the rate for distributing entanglement, secret keys, or quantum states decays exponentially with respect to transmission distance. Quantum networks are the solution to overcome point-to-point limitations, but they simultaneously invite a challenging open question: How should quantum networks be designed to effectively and efficiently guarantee high rates? Now that performance and physical topology are inexorably linked, this question is not easy, but the answer is essential for a future quantum internet to be successful. In this work, we offer crucial insight into this open question for complex optical-fiber quantum networks. Using realistic descriptions of quantum networks via random network models and practical end-to-end routing protocols, we reveal critical phenomena associated with large-scale quantum networks. Our work reveals the weaknesses of applying single-path routing protocols within quantum networks, observing an inability to achieve reliable rates over long distances. Adapting novel algorithms for multi-path routing, we employ an efficient and practical multi-path routing algorithm capable of boosting performance while minimizing costly quantum resources.
• Abstract（参考訳）: 通信ネットワークの有効性は、その物理アーキテクチャと、その内部で使用されるプロトコルの両方に依存している。 量子通信の文脈では、ポイント・ツー・ポイントの量子チャネルに対して、エンタングルメント、シークレットキー、または量子状態の分配レートが送信距離に関して指数関数的に減衰する、基本的なレートロストレードオフが存在する。 量子ネットワークは、ポイント・ツー・ポイントの制限を克服するソリューションであるが、同時に挑戦的なオープンな疑問を提起する。 パフォーマンスと物理トポロジが無作為にリンクされている今、この質問は簡単ではないが、将来の量子インターネットが成功するためには、答えが不可欠である。 本研究では、複雑な光ファイバー量子ネットワークに対するこのオープンな問題に対する重要な洞察を提供する。 ランダムネットワークモデルと実用的なエンドツーエンドルーティングプロトコルによる量子ネットワークの現実的な記述を用いて、大規模量子ネットワークに関連する重要な現象を明らかにする。 我々の研究は、量子ネットワークに単一パスルーティングプロトコルを適用する際の弱点を明らかにし、長距離で信頼性の高いレートを達成することができないことを観察する。 マルチパスルーティングのための新しいアルゴリズムに適応し、コストのかかる量子資源を最小化しながら性能を向上できる効率的かつ実用的なマルチパスルーティングアルゴリズムを用いる。

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