論文の概要: Impact of Topology on Multipartite Entanglement Distribution Protocols in Quantum Networks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.25920v1
• Date: Thu, 26 Mar 2026 21:21:18 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-30 21:49:48.281361
• Title: Impact of Topology on Multipartite Entanglement Distribution Protocols in Quantum Networks
• Title（参考訳）: 量子ネットワークにおけるマルチパーティ・エンタングルメント分布プロトコルに対するトポロジーの影響
• Abstract要約: 量子ネットワークは、分散量子コンピューティングや暗号などのマルチユーザアプリケーションを可能にするために、絡み合い分布に依存する。 本稿では,81個の実ネットワークトポロジ上の絡み合い分布に対する4つのルーティングプロトコルの体系的研究を行う。 i) 全てのプロトコルが貧弱に動作し, (ii) ツリーベースのプロトコルが支配的, (iii) マルチパスプロトコルが支配的, (iv) 全てのプロトコルが良好に動作している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 41.99844472131922
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum networks will rely on entanglement distribution to enable multi-user applications such as distributed quantum computing and cryptography. While multipartite entanglement distribution routing protocols have been extensively studied on idealised grid topologies, less is understood about how real network structure shapes their performance and resource requirements. We present a systematic study of four routing protocols for multipartite entanglement distribution, each characterised by the number of paths (single-path and multi-path) and routing strategy (star-based and tree-based), over 81 real network topologies. We identified four distinct topology-dependent performance regimes, where: (i) all protocols perform poorly, (ii) tree-based protocols dominate, (iii) multi-path protocols dominate, or (iv) all protocols perform well. By correlating clusters with graph metrics, we also provide structural explanations for the varied performance of specific protocols. Additionally, motivated by the anticipated high cost of repeaters, we investigated the impact of repeater trimming on the performance of multi-path protocols. Topology strongly governs how far repeater nodes can be removed from the network while maintaining a given performance (distribution rate). For instance, in networks where only 80% of nodes operate as repeaters, well-performing topologies are able to retain over 90% of the distribution rate; whereas sparse, weakly connected graphs exhibit rapid performance degradation, retaining less than half of the distribution rate. Our results provide a topology-aware framework for protocol selection and infrastructure optimisation in future quantum networks, bridging routing design with cost-aware deployment strategies.
• Abstract（参考訳）: 量子ネットワークは、分散量子コンピューティングや暗号などのマルチユーザアプリケーションを可能にするために、絡み合い分布に依存する。 マルチパーティエンタングルメント分散ルーティングプロトコルは、理想的なグリッドトポロジにおいて広く研究されているが、実際のネットワーク構造がパフォーマンスとリソース要求をどのように形成するかについては、あまり理解されていない。 マルチパーティエンタングルメント分布のための4つのルーティングプロトコルについて,各経路数(シングルパスとマルチパス)とルーティング戦略(スターベースとツリーベース)により,81以上の実ネットワークトポロジを特徴付ける。 我々は4つの異なるトポロジに依存したパフォーマンスレギュレーションを特定した。 (i)全てのプロトコルは性能が悪く、 (ii)木ベースのプロトコルが支配的である。 三 マルチパスプロトコルが支配的であること。 (4)全てのプロトコルが良好に機能する。 クラスタとグラフメトリクスを関連付けることにより、特定のプロトコルの様々な性能に関する構造的説明を提供する。 さらに,マルチパスプロトコルの性能に及ぼすリピータトリミングの影響について検討した。 トポロジは、所定の性能(分配率)を維持しながら、リピータノードがネットワークからどこまで除去できるかを強く支配する。 例えば、ノードの80%しかリピータとして動作しないネットワークでは、良好なパフォーマンスのトポロジは分布率の90%以上を保持することができるが、疎結合の弱いグラフは急激な性能低下を示し、分布率の半分未満を維持している。 この結果から,将来の量子ネットワークにおけるプロトコル選択とインフラストラクチャ最適化のためのトポロジ対応フレームワークが提供される。

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