Increasing Throughput of Remote Entanglement for Quantum Internet Technologies

Abstract

Diese Bachelorarbeit umfasst eine Netzwerkevaluation unter Verwendung des Quantennetzwerk-Tools SimQN und fokussiert sich auf Entanglement-Routing-Algorithmen. Ein proaktiver Referenzalgorithmus dient als Grundlage für die Vergleichsanalyse, während der vorgestellte Ansatz die Netzwerktopologie virtuell erweitert, um Leistungssteigerung zu erzeugen. Ziel war es, den Durchsatz für die Verteilung von Entanglement-Ressourcen zwischen End-Nodes zu erhöhen. Es wurden zwei Experimente durchgeführt — eines opportunistisch und eines in wachsenden, zufällig-generierten Topologien — wobei Daten zu Durchsatz, Fidelity und Netzwerkverkehr gesammelt wurden. Bedeutende Leistungssteigerung ist im opportunistischen Setup beobachtet worden und manifestierte sich ebenfalls im skalierten Versuch. Die Ergebnisse zeigen kompetitive Fidelity-Werte, reduzierten Netzwerkverkehr und erhöhten Durchsatz, was die Vorteile des virtuellen Paradigmas hervorhebt. Abschließend empfiehlt die Arbeit mehr Standardisierung aufgrund der hohen Dynamik des Forschungsfeldes und regt an, virtuelle Konnektivität als Designprinzip für zukünftige Entwicklungen des Quanteninternets zu etablieren.

This bachelor’s thesis evaluates a quantum network using the simulation tool SimQN centered around entanglement routing algorithms. A proactive reference algorithm serves as a basis for comparative analysis, while a virtual approach integrates topological augmentation to enhance performance. The primary goal was to increase throughput for remote entanglement distribution among end nodes. Two experiments were conducted — one opportunistic and one involving large-scale random topologies — with data collected on throughput, fidelity, and network traffic. Significant performance improvements were observed in the opportunistic experiment and were evident in the large-scale setting. The findings demonstrate competitive fidelity values, reduced network traffic, and increased throughput, reinforcing the advantages of the virtual routing paradigm. The thesis concludes with a call for standardization in this dynamic field, advocating for virtual entanglement-enabled connectivity as a standard design principle for future quantum internet development.