Distribuindo emaranhamento multipartido em redes quânticas ruidosas

Distribuindo emaranhamento multipartido em redes quânticas ruidosas

Carimbo de data / hora: 9 de fevereiro de 2023 12:14

Luís Bugalho1,2,3, Bruno C. Coutinho4, Francisco A. Monteiro4,5e Yasser Omar1,2,3

1Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, Portugal
2Grupo de Física da Informação e Tecnologias Quânticas, Centro de Física e Engenharia de Materiais Avançados (CeFEMA), Portugal
3PQI – Instituto Português de Quântica, Portugal
4Instituto de Telecomunicações, Portugal
5ISCTE – Instituto Universitário de Lisboa, Portugal

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Sumário

Uma internet quântica visa aproveitar tecnologias quânticas em rede, ou seja, distribuindo emaranhamento bipartido entre nós distantes. No entanto, o emaranhamento multipartido entre os nós pode capacitar a Internet quântica para aplicativos adicionais ou melhores para comunicações, detecção e computação. Neste trabalho, apresentamos um algoritmo para geração de emaranhamento multipartido entre diferentes nós de uma rede quântica com repetidores quânticos ruidosos e memórias quânticas imperfeitas, onde os links são pares emaranhados. Nosso algoritmo é ótimo para estados GHZ com 3 qubits, maximizando simultaneamente a fidelidade do estado final e a taxa de distribuição de emaranhamento. Além disso, determinamos as condições que geram essa otimização simultânea para estados GHZ com um número maior de qubits e para outros tipos de emaranhamento multipartido. Nosso algoritmo é geral também no sentido de que pode otimizar simultaneamente parâmetros arbitrários. Este trabalho abre caminho para gerar de forma otimizada correlações quânticas multipartidas sobre redes quânticas ruidosas, um importante recurso para tecnologias quânticas distribuídas.

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Imagem em destaque: Modelo de uma rede quântica composta por canais quânticos capazes de distribuir emaranhados pareados e nós quânticos com memórias quânticas capazes de executar operações sobre qubits. Cada um dos constituintes da rede quântica é caracterizado por um conjunto de parâmetros que dependem da implementação física dos qubits e dos protocolos da rede quântica.

Resumo popular

As tecnologias quânticas prometem computação mais rápida, comunicações privadas mais seguras e detecção e metrologia mais precisas. Em particular, as redes quânticas abrem a possibilidade de explorar essas aplicações em cenários distribuídos, permitindo maior desempenho e/ou tarefas envolvendo múltiplas partes. No entanto, para realizar algumas aplicações entre várias partes, o emaranhamento multipartido é frequentemente necessário.
Neste trabalho visamos encontrar a maneira ótima de distribuir emaranhamento multipartido entre diferentes nós de uma rede quântica com repetidores quânticos ruidosos e memórias quânticas imperfeitas, onde os links são pares emaranhados. Isso tem relevância particular para aplicativos em que o ruído e a distribuição do estado afetam o próprio aplicativo. Para tanto, introduzimos uma nova metodologia que permite maximizar dois objetivos diferentes – a taxa de distribuição e a fidelidade do estado distribuído – embora nossa abordagem seja facilmente generalizável para incluir mais. Desenvolvemos um algoritmo com ferramentas da teoria clássica de roteamento que encontra a maneira ideal de distribuir um estado GHZ de 3 qubits, de forma adaptável a diferentes implementações físicas subjacentes e protocolos de distribuição. Também fornecemos resultados para um número maior de qubits e outra classe de estados emaranhados multipartidos, ou seja, estados W.

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[57] Gabriel Robins e Alexander Zelikovsky. Limites mais rígidos para a aproximação da árvore Steiner do gráfico. SIAM Journal on Discrete Mathematics, 19 (1): 122–134, janeiro de 2005. ISSN 0895-4801. 10.1137/​S0895480101393155.
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[58] W. Dür, G Vidal e JI Cirac. Três qubits podem ser emaranhados de duas maneiras inequivalentes. Physical Review A, 62 (6): 062314, novembro de 2000. ISSN 1050-2947. 10.1103/​PhysRevA.62.062314.
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Citado por

[1] Kiara Hansenne, Zhen-Peng Xu, Tristan Kraft e Otfried Gühne, “As simetrias em redes quânticas levam a teoremas impossíveis de distribuição de emaranhamento e técnicas de verificação”, Comunicações da Natureza 13, 496 (2022).

[2] Jian Li, Mingjun Wang, Qidong Jia, Kaiping Xue, Nenghai Yu, Qibin Sun e Jun Lu, “Roteamento de Emaranhamento de Garantia de Fidelidade em Redes Quânticas”, arXiv: 2111.07764, (2021).

[3] Diogo Cruz, Francisco A. Monteiro e Bruno C. Coutinho, “Quantum Error Correction via Noise Guessing Decoding”, arXiv: 2208.02744, (2022).

[4] Guus Avis, Filip Rozpedek e Stephanie Wehner, “Análise da distribuição de emaranhamento multipartido usando um nó de rede quântica central”, Revisão Física A 107 1, 012609 (2023).

[5] Álvaro G. Iñesta, Gayane Vardoyan, Lara Scavuzzo e Stephanie Wehner, “Políticas ótimas de distribuição de emaranhamento em cadeias de repetidores homogêneas com cortes”, arXiv: 2207.06533, (2022).

[6] Paolo Fittipaldi, Anastasios Giovanidis e Frédéric Grosshans, “A Linear Algebraic Framework for Quantum Internet Dynamic Scheduling”, arXiv: 2205.10000, (2022).

As citações acima são de SAO / NASA ADS (última atualização com êxito 2023-02-10 05:18:07). A lista pode estar incompleta, pois nem todos os editores fornecem dados de citação adequados e completos.

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