量子网络中高效且灵活的多量子比特纠缠传输

《IEEE Transactions on Networking》：Efficient and Flexible Multi-Qubit Entanglement Transmission in Quantum Networks

量子网络实时传输框架Sophon通过高维纠缠实现多量子数据并行传输，构建全局-局部优化的分布式强化学习模型，有效降低通信成本并提升网络鲁棒性。

　　

摘要：

量子技术的空前进步为量子应用的广泛采用开辟了新的前景，同时也对大规模量子网络的信息传输能力提出了新的要求。长距离且稳定的量子纠缠被认为是量子网络通信的关键。然而，量子纠缠存在一些局限性，例如量子退相干、量子存储器资源稀缺以及纠缠质量不均等问题，这些都阻碍了量子技术的发展。在本文中，我们提出了一种名为Sophon的在线量子网络传输框架，该框架利用高维量子纠缠同时传输多量子比特数据，以满足实时请求的传输需求。首先，我们用表示的多量子比特纠缠来对量子网络进行建模；随后，将量子纠缠路由与量子比特分配（ERQP）问题构建为一个全局-局部优化问题。为了解决ERQP问题，我们将每个网络节点视为一个资源分配的强化学习（RL）代理，并通过引入一个集中式控制器来优化纠缠路径选择，从而实现局部和全局目标的逐步更新。在自建的仿真平台上进行的广泛测试表明，Sophon能够将通信成本降低21.89%?66.52%；此外，与现有技术相比，Sophon在应对不同网络拓扑结构和请求规模时表现出更强的鲁棒性。