論文の概要: Tools for the analysis of quantum protocols requiring state generation
within a time window
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2304.12673v1
- Date: Tue, 25 Apr 2023 09:22:16 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-26 21:10:20.015844
- Title: Tools for the analysis of quantum protocols requiring state generation
within a time window
- Title（参考訳）: 時間窓における状態生成を必要とする量子プロトコルの解析ツール
- Authors: Bethany Davies, Thomas Beauchamp, Gayane Vardoyan, Stephanie Wehner
- Abstract要約: 量子プロトコルは一般に、同時に利用可能な特定の数の量子リソース状態を必要とする。
ここでは、プロセスが時間ステップ毎に確率$p$の量子リソース状態を生成する設定について考察する。
アプリケーションの十分な品質を維持するため、各リソース状態は、w$タイムステップ後にメモリから破棄される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.9021200954913475
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum protocols commonly require a certain number of quantum resource
states to be available simultaneously. An important class of examples is
quantum network protocols that require a certain number of entangled pairs.
Here, we consider a setting in which a process generates a quantum resource
state with some probability $p$ in each time step, and stores it in a quantum
memory that is subject to time-dependent noise. To maintain sufficient quality
for an application, each resource state is discarded from the memory after $w$
time steps. Let $s$ be the number of desired resource states required by a
protocol. We characterise the probability distribution $X_{(w,s)}$ of the ages
of the quantum resource states, once $s$ states have been generated in a window
$w$. Combined with a time-dependent noise model, the knowledge of this
distribution allows for the calculation of fidelity statistics of the $s$
quantum resources. We also give exact solutions for the first and second
moments of the waiting time $\tau_{(w,s)}$ until $s$ resources are produced
within a window $w$, which provides information about the rate of the protocol.
Since it is difficult to obtain general closed-form expressions for statistical
quantities describing the expected waiting time $\mathbb{E}(\tau_{(w,s)})$ and
the distribution $X_{(w,s)}$, we present two novel results that aid their
computation in certain parameter regimes. The methods presented in this work
can be used to analyse and optimise the execution of quantum protocols.
Specifically, with an example of a Blind Quantum Computing (BQC) protocol, we
illustrate how they may be used to infer $w$ and $p$ to optimise the rate of
successful protocol execution.
- Abstract（参考訳）: 量子プロトコルは一般に、特定の数の量子リソース状態を同時に利用できる必要がある。
重要な例の1つは、ある数の絡み合った対を必要とする量子ネットワークプロトコルである。
ここでは、プロセスが時間ステップ毎に何らかの確率 p$ を持つ量子資源状態を生成し、時間依存ノイズの対象となる量子メモリに格納する設定を考える。
アプリケーションに十分な品質を維持するため、各リソース状態は$w$の時間ステップ後にメモリから破棄される。
$s$ をプロトコルによって要求される所望のリソース状態の数とする。
確率分布 $X_{(w,s)}$ の量子リソース状態の年齢を特徴付け、$s$状態がウィンドウ$w$で生成される。
時間依存ノイズモデルと組み合わせることで、この分布の知識は$s$量子リソースの忠実度統計量を計算することができる。
また、待ち時間 $\tau_{(w,s)}$ がウィンドウ$w$内で生成されるまで、待ち時間 $\tau_{(w,s)}$ の第1と第2の瞬間の正確なソリューションも提供します。
期待される待ち時間 $\mathbb{E}(\tau_{(w,s)})$ と分布 $X_{(w,s)}$ を記述する統計量に対する一般閉形式式を得るのは難しいので、あるパラメータ体系における計算を支援する2つの新しい結果を示す。
この研究で示された手法は、量子プロトコルの実行の分析と最適化に利用できる。
具体的には、Blind Quantum Computing(BQC)プロトコルの例として、$w$と$p$を推論して、プロトコル実行の成功率を最適化する方法について説明する。
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