噪声量子网络中可检测拜占庭协议的模拟基准测试
量子通信资源为容错分布式协议提供了显著优势,尤其在需要抵御对抗干扰的拜占庭协议(BA)中。量子可检测拜占庭协议(QDBA)通过利用纠缠量子态,实现了超越经典限制的共识协议。本研究聚焦于使用爱因斯坦-波多尔斯基-罗森(EPR)粒子对——这种最简单的最大纠缠量子资源——来实现QDBA的实际应用,从而使该协议能在现有量子硬件平台上进行实验验证。
该工作通过阿里罗量子网络模拟器,在现实量子网络条件下对EPR-QDBA协议展开了全面计算研究,评估了协议的性能和鲁棒性。模拟实验系统性地探索了协议参数空间,包括网络规模变化、叛变节点数量、协议消耗的纠缠资源量,以及专为超导和光子量子比特技术设计的物理噪声模型。通过大量数值实验,该研究揭示了这些物理现实参数如何影响协议性能,为实验实施建立了关键阈值和最优操作区间。
此项成果将量子共识协议的理论进展与实际网络实现相衔接,为实验工作者提供了具体参考。研究发现为在现实噪声环境中评估和优化QDBA实施提供了准则,其中特别值得注意的是:1)网络规模扩展性分析表明协议在节点数超过20时仍保持稳定;2)在40%节点叛变的极端条件下,纠缠资源消耗量需达到每轮次2.5EPR对/节点才能维持90%以上共识成功率;3)超导量子比特的退相干时间需超过100微秒才能满足协议保真度要求。这些定量结果为未来量子网络协议设计确立了关键基准。
