論文の概要: Optimal Entanglement Routing in Quantum Repeater Chains: Beyond Fixed Operation Order and Purification Schedule
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.37206v1
- Date: Tue, 29 Sep 2026 10:25:31 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-30 21:28:47.418117
- Title: Optimal Entanglement Routing in Quantum Repeater Chains: Beyond Fixed Operation Order and Purification Schedule
- Title（参考訳）: 量子リピータチェーンの最適絡み合いルーティング:固定操作順序と浄化スケジュールを超えて
- Abstract要約: 絡み合いルーティングは、基本リンク上で生成されたペアを浄化し交換することで、量子ネットワークの遠いノード間の絡み合ったペアを確立する。
既存の手法では、2つの軸に沿った空間を制限している: 操作順序は、しばしばPtS(then-swap)を浄化するために固定され、各リンクの浄化スケジュールは、しばしばポンプに制限される。
本研究では,PtS 下での完全混合整数線形プログラム (MILP) と,任意の操作順序上での動的プログラム (DP) をインスタンス化して,キャパシティ・アウェア・最適化・フレームワークを開発する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Entanglement routing establishes entangled pairs between distant nodes of a quantum network by purifying and swapping pairs generated on elementary links. Existing methods typically restrict the decision space along two axes: the operation order, often fixed to purify-then-swap (PtS), and the purification schedule of each link, often restricted to pumping. Focusing on linear repeater chains with finite link capacities, we relax both restrictions and study the maximization of the expected end-to-end throughput subject to a fidelity threshold under two quantum-noise models. We develop a unified capacity-aware optimization framework comprising an exact mixed-integer linear program (MILP) under PtS, instantiated with either pumping or general tree purification schedules, and an exact dynamic program (DP) over arbitrary operation orders. Under symmetric Pauli noise, we prove that pumping converges to a fidelity strictly below unity, imposing a capacity-independent feasibility bound and a maximum chain length on every pumping-based PtS method, whereas general tree schedules yield a capacity-dependent bound. We further prove that post-swap purification never increases the throughput, so a free operation order can only increase feasibility. Numerical evaluations confirm the bounds: tree schedules serve over 90\% of the requests that pumping cannot at moderate fidelity thresholds; within the pumping class, a free operation order recovers much of this advantage; but once links use tree schedules, the tree-based MILP and the order-exact DP serve identical request sets throughout. Operation order and purification schedule are thus substitutes, with the purification schedule the dominant factor governing feasibility under symmetric Pauli noise.
- Abstract（参考訳）: 絡み合いルーティングは、基本リンク上で生成されたペアを浄化し交換することで、量子ネットワークの遠いノード間の絡み合ったペアを確立する。
既存の手法では、2つの軸に沿った決定空間を制限している: 操作順序は、しばしばPtS(then-swap)を浄化するために固定され、各リンクの浄化スケジュールは、しばしばポンプに制限される。
有限リンク容量の線形リピータ連鎖に着目し、両制約を緩和し、2つの量子ノイズモデルの下での忠実度しきい値に基づく期待エンドツーエンドスループットの最大化について検討する。
本研究では,PtS 下での完全混合整数線形プログラム (MILP) と,任意の操作順序上での動的プログラム (DP) のインスタンス化を併用した,統一型キャパシティ・アウェア・最適化フレームワークを開発する。
対称的なパウリ雑音の下では、パンピングは単体より厳密に低い忠実度に収束し、パンピングベースのPtS法でキャパシティ非依存性境界と最大鎖長を付与する。
さらに,スワップ後の浄化によりスループットが向上しないことが証明された。
ツリースケジュールは、パンピングが適度なフィデリティしきい値で処理できない要求の90%以上を占め、ポンプクラスでは、フリー操作順序は、この利点の多くを回復するが、一度リンクがツリースケジュールを使用すると、ツリーベースMILPとオーダー実行DPは、同じ要求セットを提供する。
したがって、運転順序と浄化スケジュールは置換され、浄化スケジュールは対称パウリノイズの下で実現可能性を管理する支配的な要因となる。
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