論文の概要: Physics-Informed Quantum Communication Networks: A Vision Towards the Quantum Internet

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2204.09233v2
• Date: Tue, 23 Aug 2022 15:27:05 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-16 06:25:17.757234
• Title: Physics-Informed Quantum Communication Networks: A Vision Towards the Quantum Internet
• Title（参考訳）: 物理学を応用した量子通信ネットワーク : 量子インターネットへの展望
• Authors: Mahdi Chehimi and Walid Saad
• Abstract要約: 本稿では,量子通信ネットワーク(QCN)の性能を物理インフォームド方式で解析する。 物理インフォームドアプローチの必要性を評価し,実践的なQCNの設計におけるその基本的な役割を解析する。 我々はQCNが量子技術の最先端を活用できる新しい物理インフォームドパフォーマンス指標と制御を同定する。
• 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 communications is a promising technology that will play a fundamental role in the design of future networks. In fact, significant efforts are being dedicated by both the quantum physics and the classical communications communities on developing new architectures, solutions, and practical implementations of quantum communication networks (QCNs). Although these efforts led to various advances in today's technologies, there still exists a non-trivial gap between the research efforts of the two communities on designing and optimizing the performance of QCNs. For instance, most prior works by the classical communications community ignore important quantum physics-based constraints when designing QCNs. For example, many existing works on entanglement distribution do not account for the decoherence of qubits inside quantum memories and, thus, their designs become impractical since they assume an infinite lifetime of quantum states. In this paper, we bring forth a novel analysis of the performance of QCNs in a physics-informed manner, by relying on the quantum physics principles that underly the different components of QCNs. The need of the physics-informed approach is then assessed and its fundamental role in designing practical QCNs is analyzed across various open research areas. Moreover, we identify novel physics-informed performance metrics and controls that enable QCNs to leverage the state-of-the-art advancements in quantum technologies to enhance their performance. Finally, we analyze multiple pressing challenges and open research directions in QCNs that must be treated using a physics-informed approach to lead practically viable results. Ultimately, this work attempts to bridge the gap between the classical communications and the quantum physics communities in the area of QCNs to foster the development of the future communication networks towards the quantum Internet.
• Abstract（参考訳）: 量子通信は将来のネットワークの設計において基本的な役割を果たす有望な技術である。 実際、量子物理学と古典的なコミュニケーションコミュニティの両方が、新しいアーキテクチャ、ソリューション、量子通信ネットワーク(QCN)の実践的な実装の開発に力を入れている。 これらの取り組みは、今日の技術に様々な進歩をもたらしたが、QCNの設計と最適化に関する2つのコミュニティの研究努力の間には、いまだにささやかなギャップがある。 例えば、古典的なコミュニケーションコミュニティによる以前の研究のほとんどは、QCNの設計において重要な量子物理学に基づく制約を無視している。 例えば、エンタングルメント分布に関する既存の多くの研究は量子メモリ内の量子ビットのデコヒーレンスを考慮せず、量子状態の無限寿命を前提としてそれらの設計は非実用的になる。 本稿では, qcnsの異なる成分を基礎とする量子物理学の原理に依拠して, qcnsの性能を物理に不備な方法で新しい解析を行う。 物理インフォームドアプローチの必要性を評価し,QCNの設計におけるその基本的な役割を様々なオープン研究領域で分析する。 さらに、QCNが量子技術の最先端技術を活用して性能を向上させることができる新しい物理インフォームドパフォーマンス指標と制御を同定する。 最後に,QCNにおける複数のプレス課題とオープンな研究方向を分析し,実際に実現可能な結果を得るためには,物理インフォームドアプローチで処理する必要がある。 最終的に、この研究はQCNの領域における古典的なコミュニケーションと量子物理学のコミュニティのギャップを埋め、将来の通信ネットワークを量子インターネットへと発展させる試みである。

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