論文の概要: Reconfigurable Intelligent Surface (RIS)-Assisted Entanglement Distribution in FSO Quantum Networks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.10823v1
• Date: Fri, 19 Jan 2024 17:16:40 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-01-22 15:09:50.865736
• Title: Reconfigurable Intelligent Surface (RIS)-Assisted Entanglement Distribution in FSO Quantum Networks
• Title（参考訳）: FSO量子ネットワークにおける再構成可能なインテリジェントサーフェス(RIS)支援エンタングルメント分布
• Authors: Mahdi Chehimi, Mohamed Elhattab, Walid Saad, Gayane Vardoyan, Nitish K. Panigrahy, Chadi Assi, Don Towsley
• Abstract要約: 自由空間光(FSO)量子チャネルに依存する量子ネットワーク(QN)は、光ファイバー基盤の確立が困難でコストがかかる環境における量子アプリケーションをサポートすることができる。 エンタングルメント分布のための仮想視線を提供する費用効率の高いフレームワークとして,再構成可能なインテリジェントサーフェス(RIS)を用いたFSOベースのQNを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 62.87033427172205
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum networks (QNs) relying on free-space optical (FSO) quantum channels can support quantum applications in environments wherein establishing an optical fiber infrastructure is challenging and costly. However, FSO-based QNs require a clear line-of-sight (LoS) between users, which is challenging due to blockages and natural obstacles. In this paper, a reconfigurable intelligent surface (RIS)-assisted FSO-based QN is proposed as a cost-efficient framework providing a virtual LoS between users for entanglement distribution. A novel modeling of the quantum noise and losses experienced by quantum states over FSO channels defined by atmospheric losses, turbulence, and pointing errors is derived. Then, the joint optimization of entanglement distribution and RIS placement problem is formulated, under heterogeneous entanglement rate and fidelity constraints. This problem is solved using a simulated annealing metaheuristic algorithm. Simulation results show that the proposed framework effectively meets the minimum fidelity requirements of all users' quantum applications. This is in stark contrast to baseline algorithms that lead to a drop of at least 83% in users' end-to-end fidelities. The proposed framework also achieves a 64% enhancement in the fairness level between users compared to baseline rate maximizing frameworks. Finally, the weather conditions, e.g., rain, are observed to have a more significant effect than pointing errors and turbulence.
• Abstract（参考訳）: 自由空間光(FSO)量子チャネルに依存する量子ネットワーク(QN)は、光ファイバー基盤の確立が困難でコストがかかる環境における量子アプリケーションをサポートすることができる。 しかし、FSOベースのQNは、ユーザ間の明確な視線(LoS)を必要とする。 本稿では,ユーザ間で仮想LoSを提供するコスト効率の高いフレームワークとして,再構成可能なインテリジェントサーフェス(RIS)を用いたFSOベースのQNを提案する。 大気の損失、乱流、ポインティングエラーによって定義されるFSOチャネル上での量子状態による量子ノイズと損失をモデル化する。 そして、不均一な絡み合い率と忠実度制約の下で、絡み合い分布とRIS配置問題の合同最適化を定式化する。 この問題はシミュレートされたアニーリングメタヒューリスティックアルゴリズムを用いて解決される。 シミュレーションの結果,提案フレームワークは全ユーザの量子アプリケーションの最小忠実度要件を効果的に満たしていることがわかった。 これは、エンド・ツー・エンドのフィデリティの少なくとも83%の減少につながるベースラインアルゴリズムとは対照的である。 提案フレームワークは,ベースラインレートの最大化フレームワークと比較して,ユーザ間の公平度レベルが64%向上する。 最後に、雨などの気象条件は、誤差や乱気流を指さすよりも大きな効果があることが観察される。

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