論文の概要: Quantum Network Utility Maximization

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2210.08135v1
• Date: Fri, 14 Oct 2022 22:02:02 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-22 14:02:49.557086
• Title: Quantum Network Utility Maximization
• Title（参考訳）: 量子ネットワークユーティリティの最大化
• Authors: Gayane Vardoyan, Stephanie Wehner
• Abstract要約: ネットワークユーティリティ最大化(NUM)の概念を量子ネットワークに拡張する。 それぞれ異なる絡み合い尺度を組み込んだ3つの量子ユーティリティ関数を提案する。 これらのアイデアは、異なる量子アプリケーションに対する量子ネットワークユーティリティ定義の適合性に関するアイデアを提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.525518484388622
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Network Utility Maximization (NUM) is a mathematical framework that has endowed researchers with powerful methods for designing and analyzing classical communication protocols. NUM has also enabled the development of distributed algorithms for solving the resource allocation problem, while at the same time providing certain guarantees, e.g., that of fair treatment, to the users of a network. We extend here the notion of NUM to quantum networks, and propose three quantum utility functions -- each incorporating a different entanglement measure. We aim both to gain an understanding of some of the ways in which quantum users may perceive utility, as well as to explore structured and theoretically-motivated methods of simultaneously servicing multiple users in distributed quantum systems. Using our quantum NUM constructions, we develop an optimization framework for networks that use the single-photon scheme for entanglement generation, which enables us to solve the resource allocation problem while exploring rate-fidelity tradeoffs within the network topologies that we consider. We learn that two of our utility functions, which are based on distillable entanglement and secret key fraction, are in close agreement with each other and produce similar solutions to the optimization problems we study. Our third utility, based on entanglement negativity, has more favorable mathematical properties, and tends to place a higher value on the rate at which users receive entangled resources, compared to the two previous utilities, which put a higher emphasis on end-to-end fidelity. These contrasting behaviors thus provide ideas regarding the suitability of quantum network utility definitions to different quantum applications.
• Abstract（参考訳）: Network Utility Maximization (NUM) は、古典的な通信プロトコルを設計し分析するための強力な手法を研究者に提供する数学的フレームワークである。 NUMはまた、リソース割り当て問題を解決するための分散アルゴリズムの開発を可能とし、同時にネットワークのユーザに対して公平な処理の保証を提供する。 ここでは、NUMの概念を量子ネットワークに拡張し、3つの量子ユーティリティ関数を提案します。 我々は,量子ユーザが有用性を認識できるいくつかの方法の理解と,分散量子システムにおいて複数のユーザを同時に維持する構造的かつ理論的動機付けのある方法の探求を両立する。 量子数値構成を用いて、絡み合い生成に単一光子スキームを用いるネットワークのための最適化フレームワークを開発し、我々が検討するネットワークトポロジ内のレート忠実性トレードオフを探求しながら、リソース割り当て問題を解決する。 我々は、蒸留可能な絡み合いと秘密鍵分数に基づく2つのユーティリティ関数が互いに密接に一致していることを学び、我々が研究している最適化問題に対する同様の解決策を導出する。 第3のユーティリティは、絡み合いのネガティビティに基づいて、より有利な数学的特性を持ち、エンド・ツー・エンドの忠実性を重視した従来の2つのユーティリティに比べて、ユーザが絡み合うリソースを受け取る率により高い価値を置く傾向にあります。 これらの対照的な振る舞いは、異なる量子応用に対する量子ネットワークユーティリティ定義の適合性に関するアイデアを提供する。

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