論文の概要: Dynamic Scheduling in Fiber and Spaceborne Quantum Repeater Networks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.05854v1
• Date: Tue, 07 Oct 2025 12:23:46 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-08 17:57:08.243912
• Title: Dynamic Scheduling in Fiber and Spaceborne Quantum Repeater Networks
• Title（参考訳）: ファイバーおよび宇宙搭載量子リピータネットワークにおける動的スケジューリング
• Authors: Paolo Fittipaldi,
• Abstract要約: 本稿では,量子ネットワーク上でのスケジューリング問題を数学的に定式化する枠組みを提案する。 このフレームワークを利用することで、リアプノフドリフト最小化を適用し、新しい2次最適化に基づくスケジューリングポリシーを導出する。 また,量子ネットワークシミュレータQuISPの多数の拡張について報告する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: The problem of scheduling in quantum networks amounts to choosing which entanglement swapping operations to perform to better serve user demand. The choice can be carried out following a variety of criteria (e.g. ensuring all users are served equally vs. prioritizing specific critical applications, adopting heuristic or optimization-based algorithms...), requiring a method to compare different solutions and choose the most appropriate. We present a framework to mathematically formulate the scheduling problem over quantum networks and benchmark general quantum scheduling policies over arbitrary lossy quantum networks. By leveraging the framework, we apply Lyapunov drift minimization to derive a novel class of quadratic optimization based scheduling policies, which we then analyze and compare with a Max Weight inspired linear class. We then give an overview of the pre-existing fiber quantum simulation tools and report on the development of numerous extensions to QuISP, an established quantum network simulator focused on scalability and accuracy in modeling the underlying classical network infrastructure. To integrate satellite links in the discussion, we derive an analytical model for the entanglement distribution rates for satellite-to-ground and ground-satellite-ground links and discuss different quantum memory allocation policies for the dual link case. Our findings show that classical communication latency is a major limiting factor for satellite communication, and the effects of physical upper bounds such as the speed of light must be taken into account when designing quantum links, limiting the attainable rates to tens of kHz. We conclude by summarizing our findings and highlighting the challenges that still need to be overcome in order to study the quantum scheduling problem over fiber and satellite quantum networks. [Abridged abstract, see PDF for full version]
• Abstract（参考訳）: 量子ネットワークにおけるスケジューリングの問題は、ユーザの要求に合うように、どのエンタングルメントスワップ操作を実行するかを選択することにある。 この選択は,さまざまな基準に従って実施することができる(例えば,特定のクリティカルなアプリケーションの優先順位付けやヒューリスティックあるいは最適化ベースのアルゴリズムの採用など)。 本稿では、量子ネットワーク上のスケジューリング問題を数学的に定式化し、任意の損失量子ネットワーク上の一般的な量子スケジューリングポリシーをベンチマークする枠組みを提案する。 このフレームワークを利用することで、リアプノフドリフト最小化を適用して、2次最適化に基づくスケジューリングポリシーの新たなクラスを導出し、マックスウェイトにインスパイアされた線形クラスを解析・比較する。 次に、既存のファイバ量子シミュレーションツールの概要と、基礎となる古典的ネットワーク基盤のモデリングにおけるスケーラビリティと精度に焦点をあてた量子ネットワークシミュレータQuISPの多数の拡張について報告する。 本稿では,衛星間リンクと地上リンクの絡み合い分布率の解析モデルを構築し,二重リンクの場合の異なる量子メモリ割り当てポリシーについて議論する。 本研究は,古典的な通信遅延が衛星通信における大きな制限要因であることを示し,量子リンクの設計において光速などの物理上界の影響を考慮し,達成可能な速度を数kHzに制限することを示した。 ファイバおよび衛星量子ネットワーク上の量子スケジューリング問題を研究するために、我々の研究結果を要約し、克服すべき課題を強調して結論付ける。 [要約、全文PDF参照]

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