論文の概要: Entanglement Distribution in Quantum Switch Networks: Memory Limits and Achievability
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.28596v1
- Date: Tue, 20 Oct 2026 17:46:05 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-10-21 21:58:47.956301
- Title: Entanglement Distribution in Quantum Switch Networks: Memory Limits and Achievability
- Title（参考訳）: 量子スイッチネットワークにおけるエンタングルメント分布:メモリ限界と達成可能性
- Abstract要約: 量子スイッチによるグラフ状態の分散に必要な最小永続メモリについて検討する。
我々は,この制限を満たすオンライン安定化プロトコルを開発した。
注目すべきは、このプロトコルが既存のアプローチよりも大幅にメモリを削減できることだ。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 41.646192404821655
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We study the minimum persistent memory required to distribute a graph state through a quantum switch. Specifically, consider a central switch that assists $n$ remote users in distributing a graph state, using independently generated user-switch Bell pairs. Since Bell-pair generation is probabilistic, different links generally succeed at different times. When a Bell-pair is generated, the qubits may need to be stored in memory while waiting for other links to succeed. Recently, new protocols have been proposed to reduce this storage overhead by processing and releasing some switch qubits before all Bell links are available. However, these protocols do not characterize the minimum persistent switch memory required at each stage. Moreover, the local-cover method in the state-of-the-art Piecemaker protocol is computationally expensive for general target graphs. In this work, we characterize the minimum persistent switch memory required after any subset of users' Bell links are generated and processed. We then develop an online stabilizer-transition protocol that attains this limit, which can be implemented in polynomial time in the number of qubits $n$. Remarkably, this optimal protocol can provide substantial memory reductions over existing heuristic approaches. In particular, for the path graph $P_n$ over $n$ users, Piecemaker protocol requires at least $\lfloor n/2\rfloor$ qubits of peak persistent memory for \textit{every Bell-links generation order}, whereas under the order $(1,2,\ldots,n)$, our protocol requires only one persistent switch qubit. Finally, the same stabilizer-transition framework also provides a direct forward construction for sequential graph-state generation using the minimum number of quantum emitters, equal to the maximum of the height function.
- Abstract（参考訳）: 量子スイッチによるグラフ状態の分散に必要な最小永続メモリについて検討する。
具体的には、独立に生成されたユーザ-スウィッチベルペアを使用して、グラフ状態の配布において、$n$のリモートユーザを支援する中央スイッチについて考えてみましょう。
ベルペア生成は確率的であるため、異なるリンクは一般的に異なるタイミングで成功する。
ベルペアが生成されると、他のリンクが成功するのを待つ間、キュービットをメモリに格納する必要がある。
近年,すべてのベルリンクが利用可能になる前に,スイッチキュービットの処理とリリースによって,このストレージオーバーヘッドを低減するための新しいプロトコルが提案されている。
しかし、これらのプロトコルは各ステージに必要な最小永続スイッチメモリを特徴付けない。
さらに、最先端のPiecemakerプロトコルにおける局所被覆法は、汎用グラフに対して計算コストがかかる。
本研究では,ユーザベルリンクの任意のサブセットを生成し,処理した後に必要となる最小永続スイッチメモリを特徴付ける。
次に、この制限を満たすオンライン安定化器変換プロトコルを開発し、量子ビット数$n$の多項式時間で実装できる。
注目すべきは、この最適なプロトコルは、既存のヒューリスティックアプローチよりも大幅にメモリを削減できることだ。
特に、パスグラフ $P_n$ over $n$ の場合、Piecemaker プロトコルは、少なくとも $\lfloor n/2\rfloor$ qubits を \textit{every Bell-links generation order} に必要とします。
最後に、同じ安定化器-遷移フレームワークは、最小数の量子エミッタを用いて、高さ関数の最大値と等しいシーケンシャルグラフ状態生成の直接フォワード構造も提供する。
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