論文の概要: Entanglement Rate Optimization in Heterogeneous Quantum Communication Networks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2105.14507v1
• Date: Sun, 30 May 2021 11:34:23 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-28 07:59:49.086798
• Title: Entanglement Rate Optimization in Heterogeneous Quantum Communication Networks
• Title（参考訳）: 不均一量子通信ネットワークにおける絡み合い速度最適化
• Authors: Mahdi Chehimi and Walid Saad
• Abstract要約: 量子通信ネットワークは、将来6G以降の通信ネットワークにおいて重要な構成要素となる可能性のある、有望な技術として登場しつつある。 近年の進歩は、実際の量子ハードウェアによる小規模および大規模量子通信ネットワークの展開に繋がった。 量子ネットワークにおいて、絡み合いは異なるノード間でのデータ転送を可能にする鍵となるリソースである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 79.8886946157912
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum communication networks are emerging as a promising technology that could constitute a key building block in future communication networks in the 6G era and beyond. These networks have an inherent feature of parallelism that allows them to boost the capacity and enhance the security of communication systems. Recent advances led to the deployment of small- and large-scale quantum communication networks with real quantum hardware. In quantum networks, entanglement is a key resource that allows for data transmission between different nodes. However, to reap the benefits of entanglement and enable efficient quantum communication, the number of generated entangled pairs must be optimized. Indeed, if the entanglement generation rates are not optimized, then some of these valuable resources will be discarded and lost. In this paper, the problem of optimizing the entanglement generation rates and their distribution over a quantum memory is studied. In particular, a quantum network in which users have heterogeneous distances and applications is considered. This problem is posed as a mixed integer nonlinear programming optimization problem whose goal is to efficiently utilize the available quantum memory by distributing the quantum entangled pairs in a way that maximizes the user satisfaction. An interior point optimization method is used to solve the optimization problem and extensive simulations are conducted to evaluate the effectiveness of the proposed system. Simulation results show the key design considerations for efficient quantum networks, and the effect of different network parameters on the network performance.
• Abstract（参考訳）: 量子通信ネットワークは、6g時代以降における将来の通信ネットワークの重要な構成要素となる有望な技術として発展しつつある。 これらのネットワークは並列性に固有の特徴を持ち、通信システムの能力を高め、セキュリティを高めることができる。 近年の進歩は、実際の量子ハードウェアによる小規模および大規模量子通信ネットワークの展開に繋がった。 量子ネットワークでは、絡み合いは異なるノード間でのデータ伝送を可能にする重要なリソースである。 しかし、エンタングルメントの利点を享受し、効率的な量子通信を可能にするためには、生成したエンタングルペアの数を最適化する必要がある。 実際、絡み合い発生率が最適化されていない場合、これらの貴重なリソースの一部は破棄され、失われる。 本稿では,量子メモリ上での絡み合い発生率とその分布を最適化する問題について検討する。 特に、ユーザが不均一な距離と応用を持つ量子ネットワークを考える。 この問題は、ユーザ満足度を最大化する方法で量子絡み合ったペアを分散することにより、利用可能な量子メモリを効率的に活用することを目的とする混合整数非線形プログラミング最適化問題として提案される。 最適化問題を解くために内部点最適化法を用い,提案システムの有効性を評価するために広範囲なシミュレーションを行った。 シミュレーションの結果,効率的な量子ネットワークの設計とネットワーク性能に対する異なるネットワークパラメータの影響が示唆された。

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