論文の概要: Quantum simulation of single-server Markovian queues: A dynamic amplification approach
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.08252v1
- Date: Thu, 10 Oct 2024 15:55:17 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-10-31 04:26:09.223194
- Title: Quantum simulation of single-server Markovian queues: A dynamic amplification approach
- Title（参考訳）: シングルサーバマルコフ待ち行列の量子シミュレーション-動的増幅アプローチ
- Authors: Michal Koren, Or Peretz,
- Abstract要約: 本研究では,シングルサーバマルコビアン(M/M/1)キューをシミュレーションする量子手法を提案する。
本稿では,待ち行列に適応し,シミュレーション効率を向上する動的増幅手法を提案する。
我々の量子法は、特に高速なシナリオにおいて、古典的なシミュレーションよりも潜在的に有利であることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.2277343096128712
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum computing is revolutionizing various fields, including operations research and queueing theory. This study presents a quantum method for simulating single-server Markovian (M/M/1) queues, making quantum computing more accessible to researchers in operations research. We introduce a dynamic amplification approach that adapts to queue traffic, potentially improving simulation efficiency, and design custom-parameterized quantum gates for arrival and service processes. This flexible framework enables modeling of various queueing scenarios while bridging quantum computing and classical queueing theory. Notably, our quantum method shows potential advantages over classical simulations, particularly in high-traffic scenarios. This quantum simulation approach opens new possibilities for analyzing complex queueing systems, potentially outperforming classical methods in challenging scenarios and paving the way for quantum-enhanced operations research. The method was implemented and tested across low-, moderate-, and high-traffic scenarios, comparing quantum simulations with both theoretical formulas and classical simulations. Results demonstrate high agreement between quantum computations and theoretical predictions, with relative errors below 0.002 for effective arrival rates in high-traffic scenarios. As the number of qubits increases, we observe rapid convergence to theoretical values, with relative errors decreasing by up to two orders of magnitude in some cases. Sensitivity analysis reveals optimal parameter regions yielding errors lower than 0.001.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングは、オペレーション研究やキュー理論など、さまざまな分野に革命をもたらしている。
本研究では,シングルサーバマルコビアン(M/M/1)キューをシミュレーションする量子計算手法を提案する。
我々は、待ち行列のトラフィックに適応し、シミュレーション効率を向上する動的増幅アプローチを導入し、到着およびサービスプロセスのためのカスタムパラメータ化された量子ゲートを設計する。
このフレキシブルなフレームワークは、量子コンピューティングと古典的なキュー理論をブリッジしながら、様々なキューシナリオのモデリングを可能にする。
特に、我々の量子法は、特に高速なシナリオにおいて、古典的なシミュレーションよりも潜在的に有利であることを示す。
この量子シミュレーションアプローチは、複雑なキューシステムを分析する新たな可能性を開き、挑戦的なシナリオにおいて古典的な手法よりも優れ、量子強化されたオペレーション研究の道を開く可能性がある。
この手法は、量子シミュレーションを理論式と古典シミュレーションの両方と比較し、低、中、高のシナリオにまたがって実装され、テストされた。
その結果、量子計算と理論予測の間には高い一致性を示し、相対誤差は0.002未満である。
量子ビットの数が増加するにつれて、相対誤差は最大で2桁まで減少し、理論値への急速な収束が観測される。
感度分析により、0.001未満の誤差をもたらす最適パラメータ領域が明らかになった。
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