論文の概要: A Quantum Advantage in Localizing Transmission Loss Change in Optical Networks
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.10882v1
- Date: Tue, 15 Apr 2025 05:24:51 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-04-16 22:06:30.849099
- Title: A Quantum Advantage in Localizing Transmission Loss Change in Optical Networks
- Title（参考訳）: 光ネットワークにおける伝送損失の局所化における量子アドバンテージ
- Authors: Yufei Zheng, Yu-Zhen Janice Chen, Prithwish Basu, Don Towsley,
- Abstract要約: 本稿では,突然の透過性低下に遭ったリンクを迅速に検出する手法を提案する。
量子プローブはチャネルの損失の増加に伴い感度が低下するため、まずプローブ構築アルゴリズムを提案する。
これにより、CUSUMアルゴリズムを実行し、損失のあるリンクを素早くローカライズすることができる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.613089120892724
- License:
- Abstract: The ability to localize transmission loss change to a subset of links in optical networks is crucial for maintaining network reliability, performance and security. \emph{Quantum probes}, implemented by sending blocks of $n$ coherent-state pulses augmented with continuous-variable (CV) squeezing ($n=1$) or weak temporal-mode entanglement ($n>1$) over a lossy channel to a receiver with homodyne detection capabilities, are known to be more sensitive than their quasi-classical counterparts in detecting a sudden increase in channel loss. The enhanced sensitivity can be characterized by the increased Kullback-Leibler (KL) divergence of the homodyne output, before and after the loss change occurs. When combined with the theory of quickest change detection (QCD), the increase in KL divergence translates into a decrease in detection latency. In this work, we first revisit quantum probes over a channel, generalizing previous results on $n=1$ (CV squeezed states) to arbitrary values of $n$. Assuming a subset of nodes in an optical network is capable of sending and receiving such probes through intermediate nodes with all-optical switching capabilities, we present a scheme for quickly detecting the links that have suffered a sudden drop in transmissivity. Since quantum probes lose their sensitivity with increasing loss in the channel, we first propose a probe construction algorithm that makes the set of links suffering transmission loss change identifiable, while minimizing the longest distance a probe traverses. We then introduce new cumulative sum (CUSUM) statistics with a stopping rule, which allows us to run the CUSUM algorithm to quickly localize the lossy links using our constructed probes. Finally, we show that the proposed scheme achieves a quantum advantage in decreasing the detection delay.
- Abstract（参考訳）: 伝送損失の変化を光ネットワークのリンクのサブセットにローカライズすることは、ネットワークの信頼性、性能、セキュリティを維持する上で重要である。
\emph{Quantum probes} は、連続可変(CV)スクイーズ(n=1$)または弱い時間モードの絡み合い(n=1$)で強化されたコヒーレント状態パルスのブロックをホモダインの検知能力を持つ受信機に送信することで実装され、チャネル損失の突然の増加を検出するための準古典的パルスよりも敏感であることが知られている。
この高感度は、損失変化の前後におけるホモダイン出力のKL(Kullback-Leibler)ばらつきの増加によって特徴づけられる。
最も速い変化検出(QCD)の理論と組み合わせると、KLの発散の増加は検出遅延の減少に繋がる。
本研究では、まずチャネル上の量子プローブを再検討し、$n=1$(CV圧縮状態)の前の結果を$n$の任意の値に一般化する。
光ネットワーク内のノードのサブセットが、全光スイッチング機能を備えた中間ノードを介してそのようなプローブを送信・受信できると仮定すると、突然の透過性の低下に遭ったリンクを迅速に検出する手法を提案する。
量子プローブはチャネルの損失の増加に伴って感度が低下するため、まず、伝送損失の減少に悩むリンクの集合を識別可能とし、プローブの移動距離を最小化するプローブ構築アルゴリズムを提案する。
次に、新しい累積和(CUSUM)統計量を導入し、CUSUMアルゴリズムを実行して、構築したプローブを用いて損失リンクを迅速にローカライズすることを可能にする。
最後に,提案手法が検出遅延の低減に有効であることを示す。
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