論文の概要: An on-demand resource allocation algorithm for a quantum network hub and its performance analysis
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.18066v1
- Date: Tue, 28 May 2024 11:25:32 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-29 18:58:39.237376
- Title: An on-demand resource allocation algorithm for a quantum network hub and its performance analysis
- Title（参考訳）: 量子ネットワークハブのオンデマンドリソース割り当てアルゴリズムとその性能解析
- Authors: Scarlett Gauthier, Thirupathaiah Vasantam, Gayane Vardoyan,
- Abstract要約: 本研究では,ユーザ生成要求に応じて,ノード間の絡み合い発生を可能にするリソースを割り当てる装置であるEntanglement Generation Switch (EGS) と呼ばれる量子ネットワークハブのトラフィックモデルについて検討する。
オンデマンドリソース割り当てアルゴリズムでは、リソースが利用できない場合や、即時リソース割り当ての結果が得られない場合、要求がブロックされる。
我々の研究はESGシステムにおける交通特性を初めて分析し、性能駆動型リソース割り当てアルゴリズムを考案するための貴重な分析ツールを提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9148747049384086
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: To effectively support the execution of quantum network applications for multiple sets of user-controlled quantum nodes, a quantum network must efficiently allocate shared resources. We study traffic models for a type of quantum network hub called an Entanglement Generation Switch (EGS), a device that allocates resources to enable entanglement generation between nodes in response to user-generated demand. We propose an on-demand resource allocation algorithm, where a demand is either blocked if no resources are available or else results in immediate resource allocation. We model the EGS as an Erlang loss system, with demands corresponding to sessions whose arrival is modelled as a Poisson process. To reflect the operation of a practical quantum switch, our model captures scenarios where a resource is allocated for batches of entanglement generation attempts, possibly interleaved with calibration periods for the quantum network nodes. Calibration periods are necessary to correct against drifts or jumps in the physical parameters of a quantum node that occur on a timescale that is long compared to the duration of an attempt. We then derive a formula for the demand blocking probability under three different traffic scenarios using analytical methods from applied probability and queueing theory. We prove an insensitivity theorem which guarantees that the probability a demand is blocked only depends upon the mean duration of each entanglement generation attempt and calibration period, and is not sensitive to the underlying distributions of attempt and calibration period duration. We provide numerical results to support our analysis. Our work is the first analysis of traffic characteristics at an EGS system and provides a valuable analytic tool for devising performance driven resource allocation algorithms.
- Abstract（参考訳）: 複数のユーザ制御された量子ノードに対する量子ネットワークアプリケーションの実行を効果的にサポートするために、量子ネットワークは共有リソースを効率的に割り当てる必要がある。
本研究では,ユーザ生成要求に応じて,ノード間の絡み合い発生を可能にするリソースを割り当てる装置であるEntanglement Generation Switch (EGS) と呼ばれる量子ネットワークハブのトラフィックモデルについて検討する。
オンデマンドリソース割り当てアルゴリズムでは、リソースが利用できない場合や、即時リソース割り当ての結果が得られない場合、要求がブロックされる。
我々はEGSをErlangの損失システムとしてモデル化し、Poissonプロセスとして到着するセッションに対応する要求をモデル化する。
実際の量子スイッチの動作を反映するために,我々のモデルは,量子ネットワークノードのキャリブレーション期間とインターリーブされる可能性のある,絡み合い発生試行のバッチにリソースが割り当てられるシナリオをキャプチャする。
校正期間は、試行期間と比較して長い時間スケールで発生する量子ノードの物理パラメータのドリフトやジャンプに対して修正する必要がある。
次に,適用確率と待ち行列理論から解析手法を用いて,3つの異なる交通シナリオ下での需要遮断確率の式を導出する。
我々は、要求がブロックされる確率が、各絡み合い発生試行期間と校正期間の平均時間にのみ依存することを保証する不感度定理を証明し、その基礎となる試行期間と校正期間の分布に敏感でない。
解析を支援するために数値的な結果を提供する。
我々の研究はESGシステムにおける交通特性を初めて分析し、性能駆動型リソース割り当てアルゴリズムを考案するための貴重な分析ツールを提供する。
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