可扩展量子网络：无拥塞分层纠缠路由与纠错

我们引入量子树网络（QTN），一种用于分层多流纠缠路由的架构。该网络设计为一棵 $k$ 叉树，其中端节点位于叶子，路由器位于内部节点，每个节点与子层中的 $k$ 个节点相连。节点间的信道长度以速率 $a_k$ 增长，从叶子向根节点上升时递增。该构造允许无拥塞且带纠错的运行，每个节点的量子比特开销随端节点数 $N$ 呈亚线性扩展。一个 $k$ 叉 QTN 的开销随 $\mathcal{O}(N^{\log_k a_k} \cdot \log_k N)$ 扩展，且对所有具有最小表面覆盖端节点的 $k$ 均为亚线性。更具体地，四叉（$k=4$）QTN 的开销约为 $\sim \mathcal{O}(N^{0.25}\cdot\log_4 N)$。或者，当端节点分布于正方形格点上时，四叉树路由给出的开销为 $\sim \mathcal{O}(\sqrt{N}\cdot\log_4 N)$。我们的网络级仿真展示了 QTN 与规模无关的阈值行为。此外，树网络路由避免了复杂的多路径寻找算法之需，简化了网络运行。凭借这些特性，QTN 架构满足了可扩展量子网络的关键要求。