The optimal performance of a communication network is limited not only by the quality of point-to-point channels, but by the efficacy of its constituent technologies. Understanding the limits of quantum networks requires an understanding of both the ultimate capacities of quantum channels and the efficiency of imperfect quantum repeaters. In this work, using a recently developed node-splitting technique which introduces internal losses and noise into repeater devices, we present achievable end-to-end rates for noisy-repeater quantum networks. These are obtained by extending the coherent and reverse coherent information (single channel capacity lower bounds) into end-to-end capacity lower bounds, both in the context of single-path and multi-path routing. These achievable rates are completely general, and apply to networks composed of arbitrary channels arranged in general topologies. Through this general formalism, we show how tight upper-bounds can also be derived by supplementing appropriate single-edge capacity bounds. As a result, we develop tools which provide tight performance bounds for quantum networks constituent of channels whose capacities are not exactly known, and reveal critical network properties which are necessary for high-rate quantum communications. This permits the investigation of pertinent classes of quantum networks with realistic technologies; qubit amplitude damping networks and bosonic thermal-loss networks.


翻译:通信网络的最佳性能不仅受到点到点频道质量的限制,而且受到其组成技术效率的限制。了解量子网络的局限性要求了解量子频道的最终能力和量子中继器不完善的效率。在这项工作中,利用最近开发的节点分解技术,将内部损失和噪音引入中继器装置,我们为噪音-中继器量子网络提供了可实现的端到端速度。通过将一致和反向一致的信息(单一频道能力较低界限)扩展到端到端到端能力下限,在单路和多路路路线路中都是如此。这些可实现的速率是完全普遍的,并适用于由任意渠道组成的网络,在一般地形中安排的。通过这种一般的形式主义,我们展示了通过补充适当的单端能力界限,也可以从最紧的上限获得。因此,我们开发了一些工具,为能力不完全已知的频道中的量子网络构成的量子网络提供严格的性能约束,并揭示了高量子通信所必需的关键网络特性。这样可以对高量子通信网络的临界性能网络进行调查。

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