論文の概要: Free-Space Quantum Networks and Optimized Fiber-Reinforcement

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.12636v1
• Date: Wed, 12 Aug 2026 22:50:28 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-08-14 18:29:38.340151
• Title: Free-Space Quantum Networks and Optimized Fiber-Reinforcement
• Title（参考訳）: 自由空間量子ネットワークと最適化繊維強化
• Abstract要約: 本研究では,大規模自由空間量子ネットワークのエンド・ツー・エンド性能について検討した。 ネットワークの容量、エッジ消費、接続相の遷移を、単一経路と複数経路のルーティングで表す。 我々は,ファイバーベースのバックボーンノードを少数配置した自由空間ネットワークの強化により,性能が向上する可能性を検討する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Free-space quantum communication provides a flexible complement to fiber-based quantum networks, but its point-to-point capacity is fundamentally limited by diffraction, atmospheric extinction and beam wandering induced by turbulence. In this work, we study the end-to-end performance of large-scale free-space quantum networks connecting randomly distributed fixed or mobile users, modelled as Waxman random graphs. We derive the mean network capacity, edge consumption and connectivity phase transitions for both single-path and multi-path (flooding) routing. We also study router-centered star networks, deriving the full distribution of end-to-end capacities as a function of the router's coverage radius. We then consider how performance may be improved by reinforcing free-space networks with a small number of optimally placed fiber-based backbone nodes. We prove that any optimal backbone configuration must correspond to a capacity-maximizing Voronoi tessellation of the network region, and show that this can be efficiently approximated by a centroidal Voronoi tessellation via Lloyd's algorithm, with backbone nodes connected according to a Delaunay triangulation. Numerical results show that even a modest number of backbone nodes substantially improves end-to-end capacity and reduces edge consumption for both mobile and fixed users.
• Abstract（参考訳）: 自由空間量子通信は、ファイバーベースの量子ネットワークを柔軟に補完するが、そのポイント・ツー・ポイントの容量は基本的に、回折、大気の消滅、乱流によって誘導されるビームの移動によって制限される。 本研究では,Waxmanランダムグラフをモデルとした大規模自由空間量子ネットワークのエンド・ツー・エンド性能について検討した。 単一経路および複数経路(フローディング)ルーティングにおける平均ネットワーク容量、エッジ消費および接続位相遷移を導出する。 また、ルータ中心の星ネットワークも検討し、ルータの被覆半径の関数としてエンドツーエンドの容量の完全な分布を導いた。 次に、最適なファイバーベースのバックボーンノードを少数配置した自由空間ネットワークの強化により、パフォーマンスが向上するかを検討する。 我々は,任意の最適バックボーン構成がネットワーク領域のキャパシティ最大化ボローニ・テッセルレーションに対応しなくてはならないことを証明し,ロイドのアルゴリズムによる中心渦ボローニ・テッセルレーションにより効率よく近似できることを示す。 数値計算の結果,バックボーンノードの数が少なくてもエンド・ツー・エンドの容量が大幅に向上し,モバイル・固定両方のエッジ消費が減少することがわかった。

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