論文の概要: Making Quantum Networks Work: Routing, Calibration, and Programmable Quantum Repeaters

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.22316v1
• Date: Sun, 21 Jun 2026 03:06:25 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-25 19:08:41.769121
• Title: Making Quantum Networks Work: Routing, Calibration, and Programmable Quantum Repeaters
• Title（参考訳）: 量子ネットワークを機能させる:ルーティング、キャリブレーション、プログラム可能な量子リピータ
• Authors: Vinay Kumar,
• Abstract要約: 量子インターネットは、安全な通信、分散コンピューティング、量子センシングをサポートする、遠く離れたノードに量子状態の分散を可能にする。 古典的ネットワークとは異なり、非クローン定理、確率的絡み合い生成、デコヒーレンス、ハードウェアドリフトによって制約される。 この論文は、現実的な制約下での量子ネットワークのアーキテクチャ、ルーティング、および運用について研究する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.753976630302075
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The quantum internet enables distribution of quantum states across distant nodes, supporting secure communication, distributed computing, and quantum sensing. Unlike classical networks, it is constrained by the no cloning theorem, probabilistic entanglement generation, decoherence, and hardware drift, making classical abstractions inadequate. Scalable quantum networking therefore requires new architectures, protocols, and optimisation methods that explicitly account for these limitations. This thesis studies the architecture, routing, and operation of quantum networks under realistic constraints, focusing on bipartite entanglement distribution over quantum repeater networks. Key metrics include end to end fidelity, throughput, scalability, and fairness. At the network layer, routing strategies are developed beyond assumptions of homogeneous nodes and full network knowledge. Routing under heterogeneous repeater efficiencies shows how partial knowledge of node quality improves fidelity and reduces path blocking. A grey box routing approach is then introduced, where path selection relies only on topology and end to end estimates, achieving robustness and fairness without detailed link information. At the link layer, calibration and hardware drift are addressed through a calibration aware model separating activation and calibration phases. For linear repeater chains, an optimal calibration schedule is derived to balance operation time and calibration overhead. This is extended to general topologies with shared links, where a greedy orchestration heuristic is proposed. Finally, the thesis connects network protocols with hardware via an instruction set architecture for programmable quantum repeater nodes based on NV centers, enabling coherent programmability and linking physical operations to higher layer protocols.
• Abstract（参考訳）: 量子インターネットは、安全な通信、分散コンピューティング、量子センシングをサポートする、遠く離れたノードに量子状態の分散を可能にする。 古典的ネットワークとは違って、非クローン定理、確率的絡み合いの生成、デコヒーレンス、ハードウェアのドリフトによって制約され、古典的な抽象化は不十分である。 したがって、スケーラブルな量子ネットワークは、これらの制限を明示的に考慮する新しいアーキテクチャ、プロトコル、最適化方法を必要とする。 この論文は、現実的な制約下での量子ネットワークのアーキテクチャ、ルーティング、および運用について研究し、量子リピータネットワーク上の二部交絡分布に着目した。 主要なメトリクスは、エンドツーエンドの忠実度、スループット、スケーラビリティ、公平性である。 ネットワーク層では、均質なノードと完全なネットワーク知識の仮定を越えてルーティング戦略が開発されている。 不均一リピータ効率下でのルーティングは、ノード品質の部分的知識が忠実さを向上し、パスブロッキングを低減することを示す。 次に、経路選択はトポロジとエンド・ツー・エンドの見積もりにのみ依存し、詳細なリンク情報なしで堅牢性と公平性を達成する、灰色のボックスルーティング手法が導入された。 リンク層では、キャリブレーションとハードウェアドリフトは、アクティベーションとキャリブレーションフェーズを分離したキャリブレーション対応モデルを介して対処される。 線形リレーダチェーンの場合、最適キャリブレーションスケジュールは、演算時間とキャリブレーションオーバーヘッドのバランスを取るために導かれる。 これは共有リンクを持つ一般的なトポロジに拡張され、欲求的なオーケストレーションヒューリスティックが提案される。 最後に、ネットワークプロトコルとハードウェアを、NVセンタに基づくプログラマブル量子リピータノードの命令セットアーキテクチャを介して接続し、コヒーレントなプログラマビリティと高層プロトコルへの物理操作のリンクを可能にする。

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