Quantum networks are expected to be heterogeneous systems, combining distinct qubit platforms, photon wavelengths, and device timescales to achieve scalable, multiuser connectivity. Building and iterating on such systems is costly and slow, motivating hardware-faithful simulations to explore architecture design space and justify implementation decisions. This paper presents a framework for simulating heterogeneous quantum networks based on SeQUeNCe, a discrete-event simulator of quantum networks. We introduce faithful device models for two representative platforms - Ytterbium atoms and superconducting qubits. On top of these models, we implement entanglement generation and entanglement swapping protocols for time-bin encoded photons that account for disparate clock rates and quantum frequency conversion and transducer losses/noise brought by the heterogeneity. Using extensive simulations, we map the rate-fidelity trade space and identify the dominant bottlenecks unique to heterogeneous systems. The models are open source and extensible, enabling reproducible evaluation of future heterogeneous designs and protocols.


翻译:量子网络预计将成为异构系统,通过整合不同的量子比特平台、光子波长和设备时间尺度,以实现可扩展的多用户连接。构建和迭代此类系统成本高昂且进展缓慢,因此需要基于硬件的精确仿真来探索架构设计空间并验证实施决策的合理性。本文提出了一种基于SeQUeNCe(一种量子网络离散事件仿真器)的异构量子网络仿真框架。我们为两种代表性平台——镱原子和超导量子比特——引入了精确的设备模型。在这些模型基础上,我们实现了针对时间编码光子的纠缠生成和纠缠交换协议,该协议考虑了异构性带来的不同时钟频率、量子频率转换以及转换器损耗/噪声。通过大量仿真实验,我们绘制了速率-保真度权衡空间,并识别出异构系统特有的主要瓶颈。相关模型已开源且具备可扩展性,为未来异构设计和协议的可重复评估提供了支持。

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