Quantum repeaters are essential for achieving long-distance quantum communication due to photon loss, which grows exponentially with the channel distance. Current quantum repeater generations use entanglement distillation protocols, where the decision of when to perform distillation depends on either local or global knowledge. Recent approaches for quantum repeaters, such as Mantri et al. (arXiv:2409.06152), consider using deterministic local decision policies for entanglement distillation. We ask whether global deterministic policies outperform local ones in terms of communication rate. We simulate equidistant repeater chains, assisted by two-way classical communication, and compare local and global policies for distillation decisions, spanning large distances and varying network and hardware parameters. Our findings show that global deterministic policies consistently outperform these local ones, and in some cases, determine whether secret communication is possible. For large repeater chains ($N>512$), global policies improve SKR by two orders of magnitude. These results suggest that local distillation decisions in quantum repeater chains may not be optimal, and may inform future protocol design.


翻译:由于光子损耗随信道距离呈指数增长,量子中继器对于实现长距离量子通信至关重要。当前的量子中继器代次采用纠缠蒸馏协议,其中何时执行蒸馏的决策依赖于局部或全局知识。最近的量子中继器方法,例如 Mantri 等人 (arXiv:2409.06152) 的工作,考虑使用确定性的局部决策策略进行纠缠蒸馏。我们探讨全局确定性策略在通信速率方面是否优于局部策略。我们模拟了由双向经典通信辅助的等距中继器链,并比较了用于蒸馏决策的局部与全局策略,涵盖了长距离以及变化的网络和硬件参数。我们的研究结果表明,全局确定性策略始终优于这些局部策略,并且在某些情况下,决定了秘密通信是否可能。对于大型中继器链 ($N>512$),全局策略将 SKR 提高了两个数量级。这些结果表明,量子中继器链中的局部蒸馏决策可能并非最优,并可能为未来的协议设计提供参考。

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