量子交换机的最优纠缠提纯策略

在纠缠分发网络中，量子交换机的功能是与客户端生成基本纠缠，随后进行纠缠交换以在客户端间分发具有足够高保真度的端到端纠缠。纠缠保真度阈值是客户端根据其网络上运行的应用所指定的任何服务质量要求。我们考虑一个离散时间量子交换机模型，该模型在每个时间步以最大纠缠量子比特对（即贝尔对）的形式尝试与客户端生成新的基本纠缠，其成功概率为概率性；成功生成的贝尔对被存储在噪声量子存储器中直至可被交换。我们聚焦于在存储贝尔对不可避免老化（即退相干）的情况下，确定其在纠缠交换前进行纠缠提纯的价值：对于一个具有两个客户端的简单交换机实例、纠缠保真度指数衰减、以及一种已知的概率但可预报的二对一提纯协议，给定端到端纠缠保真度阈值，我们利用马尔可夫决策过程框架确定最优动作策略——等待、提纯或交换以最大化吞吐量。我们将启用提纯的最优策略下的交换机性能与不提纯的策略进行比较。两种策略的仿真展示了原则上通过最优使用提纯在平均吞吐量、平均保真度和端到端纠缠抖动方面相对于保真度阈值所能实现的改进。因此，我们的模型有助于刻画纠缠分发网络中量子交换机内纠缠提纯在缓解退相干效应方面的作用，增添了关于量子交换机的日益增多的文献。