論文の概要: On the design and analysis of near-term quantum network protocols using
Markov decision processes
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2207.03403v2
- Date: Thu, 16 Nov 2023 13:36:00 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-11-18 01:17:30.430830
- Title: On the design and analysis of near-term quantum network protocols using
Markov decision processes
- Title（参考訳）: マルコフ決定過程を用いた短期量子ネットワークプロトコルの設計と解析について
- Authors: Sumeet Khatri
- Abstract要約: マルコフ決定過程(MDP)に基づく短期量子ネットワークの理論
MDPは、短期量子ネットワークのためのプロトコルをモデル化するための正確で体系的な数学的枠組みを提供する。
新しい結果は、よく知られたメモリカットポリシーが最適であることを示している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9065034043031668
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The quantum internet is one of the frontiers of quantum information science
research. It will revolutionize the way we communicate and do other tasks, and
it will allow for tasks that are not possible using the current, classical
internet. The backbone of a quantum internet is entanglement distributed
globally in order to allow for such novel applications to be performed over
long distances. Experimental progress is currently being made to realize
quantum networks on a small scale, but much theoretical work is still needed in
order to understand how best to distribute entanglement, especially with the
limitations of near-term quantum technologies taken into account. This work
provides an initial step towards this goal. In this work, we lay out a theory
of near-term quantum networks based on Markov decision processes (MDPs), and we
show that MDPs provide a precise and systematic mathematical framework to model
protocols for near-term quantum networks that is agnostic to the specific
implementation platform. We start by simplifying the MDP for elementary links
introduced in prior work, and by providing new results on policies for
elementary links. In particular, we show that the well-known memory-cutoff
policy is optimal. Then we show how the elementary link MDP can be used to
analyze a quantum network protocol in which we wait for all elementary links to
be active before creating end-to-end links. We then provide an extension of the
MDP formalism to two elementary links, which is useful for analyzing more
sophisticated quantum network protocols. Here, as new results, we derive linear
programs that give us optimal steady-state policies with respect to the
expected fidelity and waiting time of the end-to-end link.
- Abstract（参考訳）: 量子インターネットは量子情報科学研究の最前線の1つである。
これは私たちのコミュニケーションや他のタスクの方法に革命をもたらし、現在の古典的なインターネットでは不可能なタスクを可能にするでしょう。
量子インターネットのバックボーンは、このような新しいアプリケーションを長距離で実行可能にするために、世界中に分散している。
現在、小さなスケールで量子ネットワークを実現するために実験的な進歩がなされているが、特に短期量子技術の限界を考慮して、絡み合いを分散する方法を理解するためには、多くの理論的研究が必要である。
この作業は、この目標への最初のステップを提供する。
本稿では,マルコフ決定過程(MDP)に基づく短期量子ネットワークの理論を概説し,MDPが特定の実装プラットフォームに依存しない短期量子ネットワークのプロトコルをモデル化するための,正確かつ体系的な数学的枠組みを提供することを示す。
まず,先行研究で導入された基本リンクに対するMDPの簡易化と,基本リンクに関するポリシーに関する新たな結果の提供から始める。
特に、よく知られたメモリ遮断ポリシーが最適であることを示す。
次に、基本リンクMDPを用いて量子ネットワークプロトコルを解析し、すべての基本リンクがアクティブになるのを待ち、エンドツーエンドリンクを作成する方法を示す。
次に、より洗練された量子ネットワークプロトコルを解析するのに有用な2つの基本リンクへのMDP形式の拡張を提供する。
ここでは、新しい結果として、期待された忠実度とエンドツーエンドリンクの待ち時間に関して最適な定常政策を与える線形プログラムを導出する。
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