Quantum networks constitute a major part of quantum technologies. They will boost distributed quantum computing drastically by providing a scalable modular architecture of quantum chips, or by establishing an infrastructure for measurement based quantum computing. Moreover, they will provide the backbone of the future quantum internet, allowing for high margins of security. Interestingly, the advantages that the quantum networks would provide for communications, rely on entanglement distribution, which suffers from high latency in protocols based on Bell pair distribution and bipartite entanglement swapping. Moreover, the designed algorithms for multipartite entanglement routing suffer from intractability issues making them unsolvable exactly in polynomial time. In this paper, we investigate a new approach for graph states distribution in quantum networks relying inherently on local quantum coding -- LQC -- isometries and on multipartite states transfer. Additionally, single-shot bounds for stabilizer states distribution are provided. Analogously to network coding, these bounds are shown to be achievable if appropriate isometries/stabilizer codes in relay nodes are chosen, which induces a lower latency entanglement distribution. As a matter of fact, the advantages of the protocol for different figures of merit of the network are provided.


翻译:量子网络是量子技术的重要组成部分。它们通过提供可扩展的量子芯片模块化架构,或为基于测量的量子计算建立基础设施,将极大地推动分布式量子计算的发展。此外,它们还将为未来的量子互联网提供骨干支持,从而实现更高的安全性。值得注意的是,量子网络在通信中提供的优势依赖于纠缠分发,然而基于贝尔态分发和二分纠缠交换的协议存在高延迟问题。同时,针对多方纠缠路由设计的算法面临难以处理的问题,无法在多项式时间内精确求解。本文研究了一种新型的量子网络图态分布方法,该方法本质上依赖于局部量子编码(LQC)等距映射以及多方态传输。此外,我们还提供了稳定子态分布的单次界。与网络编码类似,若在中间节点选择适当的等距映射/稳定子码,这些界是可以达到的,从而降低纠缠分发的延迟。最后,针对网络的不同性能指标,给出了该协议的优势分析。

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