論文の概要: Toward Hop-Independent Fidelity in Quantum Data Centers: Resource Requirements for Entanglement Purification

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.05369v1
• Date: Wed, 06 May 2026 18:49:05 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-08 22:27:11.380968
• Title: Toward Hop-Independent Fidelity in Quantum Data Centers: Resource Requirements for Entanglement Purification
• Title（参考訳）: 量子データセンターにおけるホップ非依存の忠実性に向けて:絡み合い浄化のための資源要件
• Authors: Mohadeseh Azari, Anoosha Fayyaz, Amy Babay, David Tipper, Prashant Krishnamurthy, Kaushik Seshadreesan,
• Abstract要約: 量子データセンターネットワークは、システムスケールで長さが大きくなる経路にQPU間の絡み合いを分散しなければならない。 トポロジ、多重化、繰り返し接続の試みは、リクエストで利用可能な生のエンドツーエンドコピーの数を増やすことができる。 これらのコピーは, 絡み合いの浄化を通じて, マルチホップ分布による忠実度損失を除去するのに十分かどうかを検討した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.5188210957326376
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum data-center networks must distribute entanglement between QPUs over paths whose length grows with system scale, but each entanglement-swapping step reduces the quality of the raw end-to-end state. Topology, multiplexing, and repeated connection attempts can increase the number of raw end-to-end copies available for a request, yet they do not answer the central resource question: whether those copies are sufficient to remove, via entanglement purification, the fidelity loss caused by multi-hop distribution. We study this question through a topology-independent black-box model of the network. Each elementary link is modeled as a Werner state with parameter $w_0$, so ideal swapping over an $\ell$-link path produces equal-quality raw copies with Werner parameter $w_0^\ell$; purification succeeds if it outputs at least one state with Werner parameter at least $w_0$ with probability at least $p_{\mathrm{th}}$. We compare recursive BBPSSW purification with higher-order $r$-to-$1$ bilocal-Clifford purification protocols of Jansen \emph{et al.}, using an all-in recursive schedule whose success probability is computed by exact dynamic programming. The resulting resource landscapes show a threshold structure governed by the Werner entanglement condition $w_0^\ell>1/3$ and demonstrate that multi-copy purification substantially improves both feasibility and copy efficiency. Across the evaluated grid, the Jansen family requires fewer copies than BBPSSW at more than $96\%$ of shared feasible points; at $p_{\mathrm{th}}=0.70$, the median copy budget drops from $268$ to $30$. These results provide a quantitative purification-resource benchmark for assessing whether future quantum data-center architectures can practically support hop-independent end-to-end entanglement quality.
• Abstract（参考訳）: 量子データセンターネットワークは、システムスケールで長さが大きくなる経路上のQPU間の絡み合いを分散しなければならないが、各絡み合いスワッピングステップは、生のエンドツーエンド状態の品質を低下させる。 トポロジ、多重化、繰り返し接続の試みは、リクエストで利用可能な生のエンドツーエンドコピーの数を増やすことができるが、中央のリソースの問題には答えない。 ネットワークのトポロジに依存しないブラックボックスモデルを用いて,この問題を考察する。 各基本リンクはパラメータが$w_0$のWerner状態としてモデル化されるので、$$\ell$-linkパスを交換すると、Wernerパラメータが$w_0^\ell$と同じ品質の生コピーが生成される。 本稿では,再帰的BBPSSW浄化をJansen \emph{et al } の高次$r$-to-$1$バイローカルクリフォード浄化プロトコルと比較する。 その結果, Werner 絡み合い条件 $w_0^\ell>1/3$ に支配されるしきい値構造が示され, マルチコピーの浄化が実現可能性とコピー効率の両方を著しく向上させることを示した。 評価グリッド全体では、JansenファミリーはBBPSSWよりも9,6\%以上の共有可能なポイントのコピーを必要とする;$p_{\mathrm{th}}=0.70$では、中央値のコピー予算が268ドルから30ドルに低下する。 これらの結果は、将来の量子データセンターアーキテクチャがホップ非依存のエンドツーエンドの絡み合い品質を実質的にサポートできるかどうかを評価するための定量的な浄化・資源ベンチマークを提供する。

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