論文の概要: Balancing Quantum Memories in Asymmetric Repeaters for High-Fidelity Entanglement Distribution

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.24554v1
• Date: Mon, 27 Apr 2026 14:45:27 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-28 17:12:08.095678
• Title: Balancing Quantum Memories in Asymmetric Repeaters for High-Fidelity Entanglement Distribution
• Title（参考訳）: 高密度エンタングルメント分布のための非対称リピータにおける量子メモリのバランシング
• Authors: Karim S. Elsayed, Amr Rizk,
• Abstract要約: 量子インターネットの中核には、リモートのエンドツーエンドの絡み合い生成を可能にする量子リピータがある。 本稿では,隣接ノードとの距離が異なる非対称リピータにおけるミスマッチ問題を考察する。 最適な割り当ての下では、達成可能な速度と忠実度に関する統計的低い境界を導出する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.0793518660737
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: At the core of the quantum Internet lie quantum repeaters that enable remote end-to-end entanglement generation. Fundamentally, the entanglement generation rate and fidelity of quantum repeaters constitute the bottleneck for end-to-end performance. To achieve high rates, quantum repeaters employ quantum memory multiplexing. In a high-rate standard repeater, each memory sequentially generates an entanglement with its neighboring nodes and then applies entanglement swapping. This, however, results in low fidelity due to decoherence of the first-formed entanglement in the sequential generation process. By allocating different numbers of memories to simultaneously form entanglements with the left and right adjacent nodes, quantum repeaters reduce high waiting times and achieve high fidelity. In such a repeater, a mismatch problem arises due to the difference between the probabilistic number of generated entanglements on both sides. Consequently, some entanglements remain stored until opposite entanglements are available. The mismatch problem reduces the repeater rate and particularly the entanglement fidelity. In this paper, we consider the mismatch problem in an asymmetric repeater with different distances to its adjacent nodes. To mitigate the mismatch problem, we derive a dynamic optimal memory allocation. Under the optimal allocation, we derive statistical lower bounds on the achievable rate and fidelity. We demonstrate that the optimal allocation significantly improves the fidelity while maintaining a comparable rate to the standard repeater. In contrast, our results show that fixed memory allocation may be detrimental to the fidelity.
• Abstract（参考訳）: 量子インターネットの中核には、リモートのエンドツーエンドの絡み合い生成を可能にする量子リピータがある。 基本的に、量子リピータの絡み合い発生率と忠実度は、エンドツーエンドのパフォーマンスのボトルネックとなる。 高いレートを達成するために、量子リピータは量子メモリ多重化を用いる。 ハイレートの標準リピータでは、各メモリは隣接するノードとの絡み合いを順次生成し、絡み合いスワップを施す。 しかし、これはシーケンシャル生成過程における第1形態の絡み合いのデコヒーレンスによる低忠実性をもたらす。 異なる数のメモリを割り当てて、左右の隣接ノードとの絡み合いを同時に形成することにより、量子リピータは高い待ち時間を短縮し、高い忠実性を達成する。 このようなリピータでは、両側で発生する絡み合いの確率的数の違いにより、ミスマッチ問題が発生する。 その結果、いくつかの絡み合いは、反対の絡み合いが利用可能になるまで保存される。 ミスマッチ問題は、リピータ率、特に絡み合いの忠実度を低下させる。 本稿では,隣接ノードとの距離が異なる非対称リピータにおけるミスマッチ問題を考察する。 ミスマッチ問題を緩和するために、動的に最適なメモリ割り当てを導出する。 最適な割り当ての下では、達成可能な速度と忠実度に関する統計的低い境界を導出する。 最適なアロケーションは、標準リピータに匹敵する速度を維持しながら、忠実度を大幅に向上することを示す。 対照的に, 固定メモリ割り当ては忠実度に有害である可能性が示唆された。

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