論文の概要: Practical limitations on robustness and scalability of quantum Internet

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.12739v1
• Date: Thu, 24 Aug 2023 12:32:48 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-08-25 14:04:50.963036
• Title: Practical limitations on robustness and scalability of quantum Internet
• Title（参考訳）: 量子インターネットの堅牢性とスケーラビリティに関する実践的制限
• Authors: Abhishek Sadhu, Meghana Ayyala Somayajula, Karol Horodecki, Siddhartha Das
• Abstract要約: 量子インターネットのスケーリングとロバスト性に関する限界について検討する。 本稿では,セキュアな通信,デリゲートコンピューティング,および終端ノード間のリソース分布の現実的なボトルネックについて述べる。 量子ネットワークのいくつかの例では、異なる量子ネットワークタスクを実行するアルゴリズムを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.8192907805418581
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: As quantum theory allows for information processing and computing tasks that otherwise are not possible with classical systems, there is a need and use of quantum Internet beyond existing network systems. At the same time, the realization of a desirably functional quantum Internet is hindered by fundamental and practical challenges such as high loss during transmission of quantum systems, decoherence due to interaction with the environment, fragility of quantum states, etc. We study the implications of these constraints by analyzing the limitations on the scaling and robustness of quantum Internet. Considering quantum networks, we present practical bottlenecks for secure communication, delegated computing, and resource distribution among end nodes. Motivated by the power of abstraction in graph theory (in association with quantum information theory), we consider graph-theoretic quantifiers to assess network robustness and provide critical values of communication lines for viable communication over quantum Internet. In particular, we begin by discussing limitations on usefulness of isotropic states as device-independent quantum key repeaters which otherwise could be useful for device-independent quantum key distribution. We consider some quantum networks of practical interest, ranging from satellite-based networks connecting far-off spatial locations to currently available quantum processor architectures within computers, and analyze their robustness to perform quantum information processing tasks. Some of these tasks form primitives for delegated quantum computing, e.g., entanglement distribution and quantum teleportation. For some examples of quantum networks, we present algorithms to perform different quantum network tasks of interest such as constructing the network structure, finding the shortest path between a pair of end nodes, and optimizing the flow of resources at a node.
• Abstract（参考訳）: 量子理論は、従来のシステムでは不可能な情報処理や計算タスクを可能にするため、既存のネットワークシステムを超えた量子インターネットの必要性と利用がある。 同時に、好ましく機能する量子インターネットの実現は、量子システムの伝送における高い損失、環境との相互作用による非一貫性、量子状態のフレギリティなど、基本的かつ実用的な課題によって妨げられる。 量子インターネットのスケールとロバスト性に関する制約を分析することにより,これらの制約の影響を考察する。 量子ネットワークを念頭に,セキュアな通信,委譲コンピューティング,エンドノード間のリソース分散のための実用的なボトルネックを提案する。 グラフ理論の抽象化の力(量子情報理論と関連する)に動機づけられ、グラフ理論の量子化器はネットワークの堅牢性を評価し、量子インターネット上で実行可能な通信のために通信線の臨界値を提供する。 特に、デバイス非依存の量子キーリピータとして、デバイス非依存の量子キー分布に有用な等方性状態の有用性の制限について議論する。 コンピュータ内で現在利用可能な量子プロセッサアーキテクチャを接続する衛星ベースのネットワークから、量子情報処理タスクを実行するためのロバスト性の分析まで、実用的関心のある量子ネットワークをいくつか検討する。 これらのタスクのいくつかは、エンタングルメント分布や量子テレポーテーションなど、デリゲート量子コンピューティングのためのプリミティブを形成する。 量子ネットワークのいくつかの例では、ネットワーク構造の構築、一対のノード間の最短経路の発見、ノードにおけるリソースの流れの最適化など、関心のある異なる量子ネットワークタスクを実行するアルゴリズムを提案する。

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