1. Analysis of a tripartite entanglement distribution switch
- Author
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Philippe Nain, Gayane Vardoyan, Saikat Guha, Don Towsley, Dynamic Networks : Temporal and Structural Capture Approach (DANTE), Inria Grenoble - Rhône-Alpes, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire de l'Informatique du Parallélisme (LIP), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Institut Rhône-Alpin des systèmes complexes (IXXI), Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université Lumière - 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Grenoble 1 (UJF)
- Subjects
[INFO.INFO-NI]Computer Science [cs]/Networking and Internet Architecture [cs.NI] ,Computational Theory and Mathematics ,Quantum switch ,Markov process ,Queueing ,Quantum Physics ,Management Science and Operations Research ,Boundary value problem ,Computer Science Applications - Abstract
International audience; We study a quantum switch that distributes tripartite entangled states to sets of users. The entanglement switching process requires two steps: first, each user attempts to generate bipartite entanglement between itself and the switch; and second, the switch performs local operations and a measurement to create multipartite entanglement for a set of three users. In this work, we study a simple variant of this system, wherein the switch has infinite memory and the links that connect the users to the switch are identical. This problem formulation is of interest to several distributed quantum applications, while the technical aspects of this work result in new contributions within queueing theory. The state of the system is modeled as continuous time Markov chain (CTMC) and performance metrics of interest (probability of an empty system, switch capacity, expectation and variance of the number of qubit-pairs stored) are computed via the solution of a two-dimensional functional equation obtained by reducing it to a boundary value problem on a closed curve. This work is a follow up of [28] where a switch distributing entangled multipartite states to sets of users was studied but only the switch capacity and the expected number of stored qubits were derived.
- Published
- 2022