带纠缠纯化的量子交换机容量域研究

量子交换机被设想为未来纠缠分发网络的重要组成部分。它们可通过执行纠缠交换与纠缠纯化等量子操作,为终端用户提供高质量的纠缠分发服务。在本工作中,我们刻画了此类量子交换机在噪声信道传输与不完美量子操作下的容量域。我们将容量域表示为信道与网络参数(链路与纠缠交换成功概率)、纠缠纯化产率以及应用层参数(目标保真度阈值)的函数。特别地,我们给出了验证一组请求速率是否属于交换机容量域的必要条件。我们利用这些条件,通过求解一组线性优化问题,找到了可达成的最大端到端用户纠缠生成吞吐率。我们提出了一种最大权重调度策略,并证明该策略在所有可行请求到达率下均能稳定交换机。在开发调度策略的过程中,我们还生成了用于计算不同类别纯化协议条件产率分布的新结果。通过数值实验,我们发现先执行链路级纠缠纯化再进行纠缠交换,比先纠缠交换再端到端纠缠纯化具有更大的容量域。本工作所得结论可为后续量子交换机设计提供有益指导。