論文の概要: Quantum Routers: A Switching-Fabric Framework for Quantum-Native Forwarding
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.17773v1
- Date: Tue, 16 Jun 2026 10:46:51 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-06-17 17:15:32.391003
- Title: Quantum Routers: A Switching-Fabric Framework for Quantum-Native Forwarding
- Title（参考訳）: 量子ルータ:量子負フォワードのためのスイッチングファブリックフレームワーク
- Authors: Jessica Illiano, Caterina De Risi, Angela Sara Cacciapuoti, Marcello Caleffi,
- Abstract要約: 量子ルータの多部絡み合いに基づくスイッチングファブリックフレームワークを提案する。
ブロッキングとノンブロッキング操作という古典的な概念を、絡み合いに基づく織物の構造条件に変換する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.874152834601991
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Forwarding in quantum networks cannot be realized by directly transposing classical switching fabrics, since the no-cloning theorem and the quantum measurement postulate constrain the direct relay of quantum information while ruling out copy-based buffering and inspection. In this paper, we propose a switching-fabric framework for quantum routers based on multipartite entanglement. Specifically, we formalize the notion of an entanglement-based switching fabric, in which a graph state acts as the forwarding resource and entanglement forwarding is realized through local Pauli measurements. We translate the classical notions of blocking and non-blocking operation into structural conditions for entanglement-based fabrics, by deriving the \textit{edge-controlled (EC) design principle} for non-blocking operation. We instantiate this principle through a monolithic \textit{EC crossbar} and a modular Clos-type EC fabric, for which we characterize resource scaling and identify the regime where the modular design becomes more resource-efficient than the monolithic one. Finally, a forwarding-latency analysis establishes a fundamental distinction between matching-oblivious and matching-driven forwarding: the proposed EC fabrics realize all requested input-output entanglement links with constant forwarding depth under sufficient measurement parallelism, whereas matching-driven EPR-based fabrics exhibit latency that scales with the number of requested connections. The proposed framework provides a hardware-agnostic foundation for quantum-router switching fabrics.
- Abstract（参考訳）: 量子ネットワークにおけるフォワードは、コピーベースのバッファリングとインスペクションを除外しながら量子情報の直接中継を制限するため、古典的なスイッチングファブリックを直接変換することで実現できない。
本稿では,マルチパーティの絡み合いに基づく量子ルータのスイッチングファブリックフレームワークを提案する。
具体的には、グラフ状態が転送資源として機能し、局所的なパウリ測定によって絡み合い転送を実現する、絡み合いベースの切替ファブリックの概念を定式化する。
我々は,非ブロッキング操作の「textit{edge- controlled (EC) design principle}」を導出することにより,ブロッキングと非ブロッキング操作の古典的な概念を,絡み合いに基づくファブリックの構造条件に変換する。
我々は、この原則をモノリシックな \textit{EC crossbar} とモジュール型の Clos 型 EC ファブリックを通じてインスタンス化し、リソースのスケーリングを特徴付けるとともに、モジュール設計がモノリシックなものよりもリソース効率が良くなる状況を特定する。
提案したECファブリックは、十分な測定並列性の下で一定の転送深さを持つ全ての要求された入出力絡み合いリンクを実現するのに対し、マッチング駆動のEPRベースのファブリックは、要求された接続数に応じてスケールする遅延を示す。
提案するフレームワークは、量子ルータスイッチングファブリックのハードウェアに依存しない基盤を提供する。
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