論文の概要: Design and demonstration of an operating system for executing applications on quantum network nodes

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.18306v1
• Date: Thu, 25 Jul 2024 18:00:08 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-07-29 15:18:53.277025
• Title: Design and demonstration of an operating system for executing applications on quantum network nodes
• Title（参考訳）: 量子ネットワークノード上でアプリケーションを実行するオペレーティングシステムの設計と実演
• Authors: Carlo Delle Donne, Mariagrazia Iuliano, Bart van der Vecht, Guilherme Maciel Ferreira, Hana Jirovská, Thom van der Steenhoven, Axel Dahlberg, Matt Skrzypczyk, Dario Fioretto, Markus Teller, Pavel Filippov, Alejandro Rodríguez-Pardo Montblanch, Julius Fischer, Benjamin van Ommen, Nicolas Demetriou, Dominik Leichtle, Luka Music, Harold Ollivier, Ingmar te Raa, Wojciech Kozlowski, Tim Taminiau, Przemysław Pawełczak, Tracy Northup, Ronald Hanson, Stephanie Wehner,
• Abstract要約: プラットフォームに依存しない高レベルソフトウェアで量子プロセッサ上で量子ネットワークアプリケーションを実行することができる最初のアーキテクチャを提案する。 量子ネットワーク上で異なるアプリケーションをマルチタスクすることで、私たちのアーキテクチャが量子ネットワークハードウェアの使用を最大化する方法を示します。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 25.579999010189177
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The goal of future quantum networks is to enable new internet applications that are impossible to achieve using solely classical communication. Up to now, demonstrations of quantum network applications and functionalities on quantum processors have been performed in ad-hoc software that was specific to the experimental setup, programmed to perform one single task (the application experiment) directly into low-level control devices using expertise in experimental physics. Here, we report on the design and implementation of the first architecture capable of executing quantum network applications on quantum processors in platform-independent high-level software. We demonstrate the architecture's capability to execute applications in high-level software, by implementing it as a quantum network operating system -- QNodeOS -- and executing test programs including a delegated computation from a client to a server on two quantum network nodes based on nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond. We show how our architecture allows us to maximize the use of quantum network hardware, by multitasking different applications on a quantum network for the first time. Our architecture can be used to execute programs on any quantum processor platform corresponding to our system model, which we illustrate by demonstrating an additional driver for QNodeOS for a trapped-ion quantum network node based on a single $^{40}\text{Ca}^+$ atom. Our architecture lays the groundwork for computer science research in the domain of quantum network programming, and paves the way for the development of software that can bring quantum network technology to society.
• Abstract（参考訳）: 将来の量子ネットワークの目標は、古典的な通信だけでは達成できない新しいインターネットアプリケーションを実現することである。 これまで、量子ネットワークアプリケーションと量子プロセッサの機能の実証は、実験的なセットアップに特有なアドホックなソフトウェアで行われ、実験物理学の専門知識を用いて、単一のタスク(アプリケーション実験)を直接低レベルの制御デバイスに実行するようプログラムされていた。 本稿では,プラットフォームに依存しない高レベルソフトウェアにおいて,量子プロセッサ上で量子ネットワークアプリケーションを実行する最初のアーキテクチャの設計と実装について報告する。 ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心に基づく2つの量子ネットワークノード上のクライアントからサーバへのデリゲートされた計算を含むテストプログラムを実行し、量子ネットワークオペレーティングシステムとして実装することで、高レベルのソフトウェアでアプリケーションを実行するアーキテクチャの能力を実証する。 量子ネットワーク上で異なるアプリケーションをマルチタスクすることで、私たちのアーキテクチャが量子ネットワークハードウェアの使用を最大化する方法を示します。 我々のアーキテクチャは,システムモデルに対応する任意の量子プロセッサプラットフォーム上でプログラムを実行するために利用することができる。これは,1つの$^{40}\text{Ca}^+$ atom に基づいて,捕捉されたイオン量子ネットワークノードに対してQNodeOS用の追加ドライバをデモすることによって示される。 我々のアーキテクチャは、量子ネットワークプログラミングの分野におけるコンピュータサイエンス研究の基礎を築き、社会に量子ネットワーク技術をもたらすソフトウェアを開発するための道を開いた。

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