ETD

• cross-layer design
• entanglement routing
• instruction-set architecture
• quantum internet
• quantum link calibration
• quantum networks
• quantum repeaters

The thesis studies how to make quantum networks operate reliably under realistic hardware constraints, using a cross-layer approach across the network, link, and node layers under partial knowledge, time-varying links, and programmable hardware. It contributes: (i) routing for heterogeneous quantum repeaters, including a grey-box paradigm using only topology and end-to-end estimates; (ii) a calibration-aware link model with analytically optimal schedules for linear chains (the Quantum Link Orchestration theorem and Recursive Threshold Allocation algorithm) and a greedy orchestration strategy for general topologies; and (iii) an instruction-set architecture for NV-centre-based programmable quantum repeater nodes.

La tesi studia come garantire un funzionamento affidabile delle reti quantistiche in presenza di vincoli hardware realistici, adottando un approccio cross-layer che coinvolge i livelli di rete, di collegamento (link) e di nodo, in condizioni di conoscenza parziale, collegamenti variabili nel tempo e hardware programmabile. I contributi principali sono: (i) l'instradamento (routing) per ripetitori quantistici eterogenei, compreso un paradigma grey-box basato unicamente sulla topologia e su stime end-to-end; (ii) un modello di collegamento consapevole della calibrazione (calibration-aware), con pianificazioni (schedule) analiticamente ottimali per catene lineari — il teorema di Quantum Link Orchestration e l'algoritmo Recursive Threshold Allocation — e una strategia di orchestrazione greedy per topologie generali; (iii) un'architettura del set di istruzioni (instruction-set architecture) per nodi ripetitori quantistici programmabili basati su centri di azoto-vacanza (NV)