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Erschienen in: Quantum Information Processing 11/2018

01.11.2018

Topology adaption for the quantum Internet

verfasst von: Laszlo Gyongyosi, Sandor Imre

Erschienen in: Quantum Information Processing | Ausgabe 11/2018

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Abstract

In the quantum repeater networks of the quantum Internet, the varying stability of entangled quantum links makes dynamic topology adaption an emerging issue. Here we define an efficient topology adaption method for quantum repeater networks. The model assumes the random failures of entangled links and several parallel demands from legal users. The shortest path defines a set of entangled links for which the probability of stability is above a critical threshold. The scheme is utilized in a base-graph of the overlay quantum network to provide an efficient shortest path selection for the demands of all users of the network. We study the problem of entanglement assignment in a quantum repeater network, prove its computational complexity, and show an optimization procedure. The results are particularly convenient for future quantum networking, quantum Internet, and experimental long-distance quantum communications.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat Van Meter, R.: Quantum Networking. ISBN 1118648927, 9781118648926, Wiley (2014) Van Meter, R.: Quantum Networking. ISBN 1118648927, 9781118648926, Wiley (2014)
2.
Zurück zum Zitat Lloyd, S., Shapiro, J.H., Wong, F.N.C., Kumar, P., Shahriar, S.M., Yuen, H.P.: Infrastructure for the quantum Internet. ACM SIGCOMM Comput. Commun. Rev. 34, 9–20 (2004)CrossRef Lloyd, S., Shapiro, J.H., Wong, F.N.C., Kumar, P., Shahriar, S.M., Yuen, H.P.: Infrastructure for the quantum Internet. ACM SIGCOMM Comput. Commun. Rev. 34, 9–20 (2004)CrossRef
6.
Zurück zum Zitat Munro, W.J., Stephens, A.M., Devitt, S.J., Harrison, K.A., Nemoto, K.: Quantum communication without the necessity of quantum memories. Nat. Photon. 6, 777–781 (2012)ADSCrossRef Munro, W.J., Stephens, A.M., Devitt, S.J., Harrison, K.A., Nemoto, K.: Quantum communication without the necessity of quantum memories. Nat. Photon. 6, 777–781 (2012)ADSCrossRef
7.
Zurück zum Zitat Kok, P., Munro, W.J., Nemoto, K., Ralph, T.C., Dowling, J.P., Milburn, G.J.: Linear optical quantum computing with photonic qubits. Rev. Mod. Phys. 79, 135–174 (2007)ADSCrossRef Kok, P., Munro, W.J., Nemoto, K., Ralph, T.C., Dowling, J.P., Milburn, G.J.: Linear optical quantum computing with photonic qubits. Rev. Mod. Phys. 79, 135–174 (2007)ADSCrossRef
9.
11.
Zurück zum Zitat Pirandola, S., Braunstein, S.L., Laurenza, R., Ottaviani, C., Cope, T.P.W., Spedalieri, G., Banchi, L.: Theory of channel simulation and bounds for private communication. Quantum Sci. Technol. 3, 035009 (2018)ADSCrossRef Pirandola, S., Braunstein, S.L., Laurenza, R., Ottaviani, C., Cope, T.P.W., Spedalieri, G., Banchi, L.: Theory of channel simulation and bounds for private communication. Quantum Sci. Technol. 3, 035009 (2018)ADSCrossRef
12.
Zurück zum Zitat Laurenza, R., Pirandola, S.: General bounds for sender-receiver capacities in multipoint quantum communications. Phys. Rev. A 96, 032318 (2017)ADSCrossRef Laurenza, R., Pirandola, S.: General bounds for sender-receiver capacities in multipoint quantum communications. Phys. Rev. A 96, 032318 (2017)ADSCrossRef
13.
Zurück zum Zitat Kleinberg, J.: The small-world phenomenon: an algorithmic perspective. In: Proceedings of the 32nd Annual ACM Symposium on Theory of Computing, (STOC’00) (2000) Kleinberg, J.: The small-world phenomenon: an algorithmic perspective. In: Proceedings of the 32nd Annual ACM Symposium on Theory of Computing, (STOC’00) (2000)
14.
Zurück zum Zitat Franceschetti, M., Meester, R.: Random Networks for Communication. Cambridge University Press, Cambridge (2008)CrossRef Franceschetti, M., Meester, R.: Random Networks for Communication. Cambridge University Press, Cambridge (2008)CrossRef
15.
Zurück zum Zitat Rak, J.: Resilient Routing in Communication Networks. Springer, Berlin (2015)CrossRef Rak, J.: Resilient Routing in Communication Networks. Springer, Berlin (2015)CrossRef
19.
Zurück zum Zitat Imre, S., Gyongyosi, L.: Advanced Quantum Communications: An Engineering Approach. Wiley, New Jersey (2013)MATH Imre, S., Gyongyosi, L.: Advanced Quantum Communications: An Engineering Approach. Wiley, New Jersey (2013)MATH
21.
Zurück zum Zitat Van Meter, R., Satoh, T., Ladd, T.D., Munro, W.J., Nemoto, K.: Path selection for quantum repeater networks. Netw. Sci. 3(1–4), 82–95 (2013)CrossRef Van Meter, R., Satoh, T., Ladd, T.D., Munro, W.J., Nemoto, K.: Path selection for quantum repeater networks. Netw. Sci. 3(1–4), 82–95 (2013)CrossRef
23.
Zurück zum Zitat Caleffi, M., Cacciapuoti, A.S., Bianchi, G.: Quantum internet: from communication to distributed computing (2018). arXiv:1805.04360 Caleffi, M., Cacciapuoti, A.S., Bianchi, G.: Quantum internet: from communication to distributed computing (2018). arXiv:​1805.​04360
25.
Zurück zum Zitat Petz, D.: Quantum Information Theory and Quantum Statistics. Springer, Heidelberg (2008). Hiv: 6MATH Petz, D.: Quantum Information Theory and Quantum Statistics. Springer, Heidelberg (2008). Hiv: 6MATH
26.
Zurück zum Zitat Bacsardi, L.: On the way to quantum-based satellite communication. IEEE Commun. Mag. 51(08), 50–55 (2013)CrossRef Bacsardi, L.: On the way to quantum-based satellite communication. IEEE Commun. Mag. 51(08), 50–55 (2013)CrossRef
28.
Zurück zum Zitat Lloyd, S., Mohseni, M., Rebentrost, P.: Quantum algorithms for supervised and unsupervised machine learning (2013). arXiv:1307.0411 Lloyd, S., Mohseni, M., Rebentrost, P.: Quantum algorithms for supervised and unsupervised machine learning (2013). arXiv:​1307.​0411
29.
Zurück zum Zitat Lloyd, S., Mohseni, M., Rebentrost, P.: Quantum principal component analysis. Nat. Phys. 10, 631 (2014)CrossRef Lloyd, S., Mohseni, M., Rebentrost, P.: Quantum principal component analysis. Nat. Phys. 10, 631 (2014)CrossRef
31.
Zurück zum Zitat Lloyd, S.: The universe as quantum computer. In: Zenil, H. (ed.) A Computable Universe: Understanding and Exploring Nature as Computation. World Scientific, Singapore (2013). arXiv:1312.4455v1 Lloyd, S.: The universe as quantum computer. In: Zenil, H. (ed.) A Computable Universe: Understanding and Exploring Nature as Computation. World Scientific, Singapore (2013). arXiv:​1312.​4455v1
32.
Zurück zum Zitat Shor, P.W.: Scheme for reducing decoherence in quantum computer memory. Phys. Rev. A 52, R2493–R2496 (1995)ADSCrossRef Shor, P.W.: Scheme for reducing decoherence in quantum computer memory. Phys. Rev. A 52, R2493–R2496 (1995)ADSCrossRef
33.
Zurück zum Zitat Chou, C., Laurat, J., Deng, H., Choi, K.S., de Riedmatten, H., Felinto, D., Kimble, H.J.: Functional quantum nodes for entanglement distribution over scalable quantum networks. Science 316(5829), 1316–1320 (2007)ADSCrossRef Chou, C., Laurat, J., Deng, H., Choi, K.S., de Riedmatten, H., Felinto, D., Kimble, H.J.: Functional quantum nodes for entanglement distribution over scalable quantum networks. Science 316(5829), 1316–1320 (2007)ADSCrossRef
34.
Zurück zum Zitat Muralidharan, S., Kim, J., Lutkenhaus, N., Lukin, M.D., Jiang, L.: Ultrafast and fault-tolerant quantum communication across long distances. Phys. Rev. Lett. 112, 250501 (2014)ADSCrossRef Muralidharan, S., Kim, J., Lutkenhaus, N., Lukin, M.D., Jiang, L.: Ultrafast and fault-tolerant quantum communication across long distances. Phys. Rev. Lett. 112, 250501 (2014)ADSCrossRef
35.
Zurück zum Zitat Van Meter, R., Ladd, T.D., Munro, W.J., Nemoto, K.: System design for a long-line quantum repeater. IEEE/ACM Trans. Netw. 17(3), 1002–1013 (2009)CrossRef Van Meter, R., Ladd, T.D., Munro, W.J., Nemoto, K.: System design for a long-line quantum repeater. IEEE/ACM Trans. Netw. 17(3), 1002–1013 (2009)CrossRef
36.
37.
Zurück zum Zitat Yuan, Z., Chen, Y., Zhao, B., Chen, S., Schmiedmayer, J., Pan, J.W.: Experimental demonstration of a BDCZ quantum repeater node. Nature 454, 1098–1101 (2008)ADSCrossRef Yuan, Z., Chen, Y., Zhao, B., Chen, S., Schmiedmayer, J., Pan, J.W.: Experimental demonstration of a BDCZ quantum repeater node. Nature 454, 1098–1101 (2008)ADSCrossRef
38.
Zurück zum Zitat Kobayashi, H., Le Gall, F., Nishimura, H., Rotteler, M.: General scheme for perfect quantum network coding with free classical. Communication Lecture Notes in Computer Science (Automata, Languages and Programming SE-52 ,vol. 5555), pp. 622-633. Springer (2009) Kobayashi, H., Le Gall, F., Nishimura, H., Rotteler, M.: General scheme for perfect quantum network coding with free classical. Communication Lecture Notes in Computer Science (Automata, Languages and Programming SE-52 ,vol. 5555), pp. 622-633. Springer (2009)
39.
Zurück zum Zitat Leung, D., Oppenheim, J., Winter, A.: Quantum network communication—the butterfly and beyond. IEEE Trans. Inf. Theory 56, 3478–3490 (2010)MathSciNetCrossRef Leung, D., Oppenheim, J., Winter, A.: Quantum network communication—the butterfly and beyond. IEEE Trans. Inf. Theory 56, 3478–3490 (2010)MathSciNetCrossRef
40.
Zurück zum Zitat Kobayashi, H., Le Gall, F., Nishimura, H., Rotteler, M.: Perfect quantum network communication protocol based on classical network coding. In: Proceedings of 2010 IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT), pp. 2686-90 (2010) Kobayashi, H., Le Gall, F., Nishimura, H., Rotteler, M.: Perfect quantum network communication protocol based on classical network coding. In: Proceedings of 2010 IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT), pp. 2686-90 (2010)
41.
Zurück zum Zitat Hayashi, M.: Prior entanglement between senders enables perfect quantum network coding with modification. Phys. Rev. A 76, 040301(R) (2007)ADSMathSciNetCrossRef Hayashi, M.: Prior entanglement between senders enables perfect quantum network coding with modification. Phys. Rev. A 76, 040301(R) (2007)ADSMathSciNetCrossRef
42.
Zurück zum Zitat Hayashi, M., Iwama, K., Nishimura, H., Raymond, R., Yamashita, S.: Quantum network coding. In: Thomas, W., Weil, P. (eds.) Lecture Notes in Computer Science (STACS 2007 SE52 vol. 4393). Springer, Berlin (2007) Hayashi, M., Iwama, K., Nishimura, H., Raymond, R., Yamashita, S.: Quantum network coding. In: Thomas, W., Weil, P. (eds.) Lecture Notes in Computer Science (STACS 2007 SE52 vol. 4393). Springer, Berlin (2007)
43.
Zurück zum Zitat Chen, L., Hayashi, M.: Multicopy and stochastic transformation of multipartite pure states. Phys. Rev. A 83(2), 022331 (2011)ADSCrossRef Chen, L., Hayashi, M.: Multicopy and stochastic transformation of multipartite pure states. Phys. Rev. A 83(2), 022331 (2011)ADSCrossRef
44.
Metadaten
Titel
Topology adaption for the quantum Internet
verfasst von
Laszlo Gyongyosi
Sandor Imre
Publikationsdatum
01.11.2018
Verlag
Springer US
Erschienen in
Quantum Information Processing / Ausgabe 11/2018
Print ISSN: 1570-0755
Elektronische ISSN: 1573-1332
DOI
https://doi.org/10.1007/s11128-018-2064-x

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