論文の概要: A Framework for Distributed Resource Allocation in Quantum Networks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.09371v1
• Date: Fri, 10 Oct 2025 13:27:32 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-14 00:38:49.099294
• Title: A Framework for Distributed Resource Allocation in Quantum Networks
• Title（参考訳）: 量子ネットワークにおける分散リソース配分のためのフレームワーク
• Authors: Nitish K. Panigrahy, Leonardo Bacciottini, C. V. Hollot, Emily A. Van Milligen, Matheus Guedes de Andrade, Nageswara S. V. Rao, Gayane Vardoyan, Don Towsley,
• Abstract要約: 分散リソース割り当てフレームワークをQuantum Internetに導入し、既存のアプリケーションに完全に分散化された調整を頼りにしている。 我々はQNUM(Quantum Network Utility Maximization)の数学的枠組みの下で量子ネットワーク制御アルゴリズムを開発する。 次に、QPrimal-Dualという分散型でスケーラブルなアルゴリズムを導入し、ローカル状態情報を利用するネットワークコントローラを設置してQNUMを解決する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.76473628143937
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We introduce a distributed resource allocation framework for the Quantum Internet that relies on feedback-based, fully decentralized coordination to serve multiple co-existing applications. We develop quantum network control algorithms under the mathematical framework of Quantum Network Utility Maximization (QNUM), where utility functions quantify network performance by mapping entanglement rate and quality into a joint optimization objective. We then introduce QPrimal-Dual, a decentralized, scalable algorithm that solves QNUM by strategically placing network controllers that operate using local state information and limited classical message exchange. We prove global asymptotic stability for concave, separable utility functions, and provide sufficient conditions for local stability for broader non-concave cases. To reduce control overhead and account for quantum memory decoherence, we also propose schemes that locally approximate global quantities and prevent congestion in the network. We evaluate the performance of our approach via simulations in realistic quantum network architectures. Results show that QPrimalDual significantly outperforms baseline allocation strategies, scales with network size, and is robust to latency and decoherence. Our observations suggest that QPrimalDual could be a practical, high-performance foundation for fully distributed resource allocation in quantum networks.
• Abstract（参考訳）: 我々は,既存の複数のアプリケーションに対して,フィードバックベースで完全に分散化された調整を頼りにする分散リソース割り当てフレームワークをQuantum Internetに導入する。 本研究では,量子ネットワーク利用度最大化(QNUM)の数学的枠組みに基づく量子ネットワーク制御アルゴリズムを開発した。 次に、QPrimal-Dualという分散型でスケーラブルなアルゴリズムを導入し、ローカル状態情報と制限された古典的メッセージ交換を使用するネットワークコントローラを戦略的に配置することで、QNUMを解決する。 本研究では, 凹凸, 分離可能な実用関数に対する大域的漸近安定性を証明し, より広範な非凹凸の場合の局所安定性に十分な条件を提供する。 また、制御オーバーヘッドを低減し、量子メモリのデコヒーレンスを考慮するため、局所的に大域量を近似し、ネットワークの混雑を防ぐ手法を提案する。 現実的な量子ネットワークアーキテクチャにおけるシミュレーションにより,本手法の性能を評価する。 結果はQPrimalDualがベースライン割り当て戦略を著しく上回り、ネットワークサイズでスケールし、レイテンシやデコヒーレンスに対して堅牢であることを示している。 我々の観測から,QPrimalDualは量子ネットワークにおける完全分散リソース割り当てのための実用的で高性能な基盤である可能性が示唆された。

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