論文の概要: The Proportional Fair Scheduler in Wavelength-Multiplexed Quantum Networks
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.13999v1
- Date: Fri, 18 Jul 2025 15:10:43 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-21 20:43:26.331524
- Title: The Proportional Fair Scheduler in Wavelength-Multiplexed Quantum Networks
- Title（参考訳）: 波長多重量子ネットワークにおける比例的フェアスケジューリング
- Authors: Sanidhay Bhambay, Siddarth Koduru Joshi, Thirupathaiah Vasantam, Neil Walton,
- Abstract要約: 量子鍵分配(QKD)プロトコルは、絡み合った光子から秘密鍵を生成する。
秘密鍵を生成するQKDネットワークのための単純な分散アルゴリズムを提案する。
平均秘密鍵レートの低いユーザを動的に優先順位付けすることで,PF-PS(Paldical Fairness pumping Strategy)が注目される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.649938899766112
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: We address the problem of optimal pumping strategies in quantum networks. These networks enable secure communication by distributing entangled photon pairs to user (or node) pairs. Quantum Key Distribution (QKD) protocols, like BBM92, generate secret keys from entangled photons. While secure communication and error correction are essential for any quantum communication channel, resource contention, optimization, and fairness issues are critical for networks. In this article, we analyze the performance of quantum networks, proposing simple distributed algorithms for QKD networks generating secret keys. There are significant advantages of pumping entangled photons in QKD networks, but challenges arise in practical implementations. The underlying channels are inherently time-varying, and thus data rates fluctuate between nodes. Moreover, multiple edges (node pairs) can be pumped simultaneously, albeit at the cost of a reduced secret key rate (SKR). These temporal and spatial constraints yield a complex decision-making problem whose solutions may favor a small set of user pairs to the detriment of overall, long-run network performance. We design adaptive pumping strategies that address these challenges in QKD networks. In particular, we find that a proportional fairness pumping strategy (PF-PS) stands out by dynamically prioritizing users with lower average secret key rates and optimally balancing fairness with throughput. The proposed algorithm is a natural extension to quantum networks of the Proportional Fair Scheduler deployed in 4G LTE and 5G mobile networks. Both theoretical analysis and numerical simulations confirm that PF-PS is optimal for entangled state distribution, and thus, when adapted appropriately, proportional fair pumping is a strong candidate for efficient resource allocation in quantum networks.
- Abstract（参考訳）: 量子ネットワークにおける最適ポンプ方式の問題点に対処する。
これらのネットワークは、絡み合った光子対をユーザ(またはノード)対に分散することでセキュアな通信を可能にする。
BBM92のような量子鍵分配(QKD)プロトコルは、絡み合った光子から秘密鍵を生成する。
セキュアな通信とエラー訂正はあらゆる量子通信チャネルにとって不可欠であるが、資源競合、最適化、公平性の問題はネットワークにとって重要である。
本稿では、量子ネットワークの性能を分析し、秘密鍵を生成するQKDネットワークのための単純な分散アルゴリズムを提案する。
QKDネットワークには絡み合った光子を汲み上げるという大きな利点があるが、実用化には課題が生じる。
基礎となるチャネルは本質的に時間的に変化しており、ノード間でデータレートが変動する。
さらに、秘密鍵レート(SKR)の低減を犠牲にして、複数のエッジ(ノード対)を同時に汲み上げることができる。
これらの時間的制約と空間的制約は、全体の長期ネットワーク性能を損なうため、ソリューションが少数のユーザペアを好むような複雑な意思決定問題をもたらす。
我々は、QKDネットワークにおけるこれらの課題に対処する適応型ポンプ戦略を設計する。
特に, 平均秘密鍵レートの低いユーザを動的に優先順位付けし, スループットと公正度を最適にバランスさせることにより, 比例フェアネスポンピング戦略(PF-PS)が注目されている。
提案アルゴリズムは, 4G LTE と 5G モバイルネットワークに展開された Proportional Fair Scheduler の量子ネットワークに対する自然な拡張である。
理論的解析と数値シミュレーションの両方で、PF-PSは絡み合った状態分布に最適であり、適切に適合すると、比例フェアポンプは量子ネットワークにおける効率的な資源配分の強い候補となる。
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