噪声动态 LEO 卫星网络中纠缠配置的马尔可夫链模型
量子物理
2026-03-16 v3
摘要
动态低轨道（LEO）卫星网络中的纠缠路由对于实现可扩展且高保真度的量子通信至关重要。然而，卫星网络拓扑的动态特性、有限的量子资源以及严格的相干时间限制，构成了可靠纠缠路由的重大挑战。针对该独特环境，建立纠缠分配分析模型至关重要且有助于纠缠路由研究。本文针对自由空间中卫星间建立维持量子纠缠链路的根本性挑战，考虑链路受传输损耗和量子存储退相干的双重影响。本文提出了包含链路存储年龄和物理距离作为状态空间的综合性马尔可夫链模型，用于分析噪声动态 LEO 卫星量子网络中的纠缠分配。我们构建捕捉请求到达率变化下系统动力学的转移矩阵，并推导关键绩效指标的解析表达式，包括请求满足率、平均等待时间、链路利用效率及平均消耗纠缠保真度。我们的分析揭示，更高的请求率导致更快的链路消耗（更高保真度），但可能降低满足率；而更低的请求率则允许更长的存储时间，但伴随更强的退相干效应。此外，本文证明在传输距离非常短（40-50 km）时，忽略极化旋转是合理的。总体而言，本工作为卫星网络中的量子纠缠分配策略提供了理论基础，具有面向全球尺度量子通信的应用前景。
引用
@article{arxiv.2512.20047,
title = {Markov Chain Model of Entanglement Setup in Noisy Dynamic LEO Satellite Networks},
author = {Yifan Gao and Alvin Valera and Winston K. G. Seah},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.20047},
year = {2026}
}