具有真實Internet拓撲結構的量子網絡中的糾纏滲流

摘 要：本文研究了真實互聯網結構中糾纏滲流協議的適用性。假設目前的互聯網可以直接用于量子領域且鏈接是純態非最大糾纏態，糾纏滲流協議可以提供一種遠距離糾纏制備的新方法。糾纏滲流協議的實用性主要依賴于無標度的度分布和高聚集性，在許多天然的和人造的網絡中，無標度和高聚集性經常可以被觀察到，譬如Internet網絡。本文研究的結果表明真實互聯網的拓撲結構在糾纏制備中可以發揮重要作用。

關鍵詞：糾纏滲流 復雜網絡 聚集性

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）11（b）-0001-01

未來量子網絡會提供很多富有吸引力的應用，從量子密鑰、量子傳輸再到分布式的量子計算[1]。這些應用得以實現有一個前提條件，即節點之間的糾纏形成一個網絡。為了克服糾纏量隨空間距離呈指數衰減這個現實問題，就需要引入一些額外的設備，例如量子中繼器和量子存儲器等。

作為另外一種解決的方法，糾纏滲透協議被提出來從而實現遠距離糾纏態的制備。這種方法把糾纏建立的問題轉換為統計物理中的相變問題。使用局域操作和經典通訊，將部分糾纏態轉換為最大糾纏態。轉換存在一個所謂的“轉換成功率”。當轉換成功率超出某一個閾值時，涵蓋了大部分網絡的最大糾纏連接子網出現了。通常，該閾值依賴于量子網絡的拓撲結構性質。一些局域化的量子操作可以降低閾值和增加最大連接子網的尺寸。

從基礎和技術層面對糾纏態的制備的濃厚興趣已經導致了對普通和復雜網絡的糾纏滲流的廣泛研究。但是，許多這方面的研究結果都是關于網絡節點的。由于任何單個的網絡模型都不能包含真是網絡中的所有拓撲特征，研究真實量子網絡中的糾纏滲流協議的應用性就變得非常必要了。假定將來的量子網絡很可能與現在的互聯網有類似的復雜的拓撲結構。

本篇論文研究現存復雜互聯網的糾纏滲透協議。本文研究了量子復雜網絡的長距離糾纏建立的協議的有效性，網絡具有無標度的度分布和高集群性。

假定CEP和GEP運用到了現在的經典互聯網中，我們可以對這些糾纏協議應用到真實復雜量子網絡的可行性進行評估。在分析中我們用到了skitter網絡和BGP網絡，他們反映了真實的互聯網AS-lever拓撲的不同方面，即一個反映的是skitter數據平臺上的互聯網流量拓撲結構；另一個反映的是BGP控制平臺的路由系統拓撲結構。

本文研究了現存復雜互聯網的糾纏滲透協議。本文研究的結果表明真實互聯網的高聚集性拓撲結構對網絡化的遠程糾纏制備具有積極的現實意義。

參考文獻

[1]Kimble，H.J.，The quantum internet.Nature，2008，453（7198）：1023-1030.