論文の概要: On Utility-optimal Entanglement Routing in Quantum Networks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.01197v1
• Date: Sun, 01 Mar 2026 17:32:32 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-03 19:50:56.562075
• Title: On Utility-optimal Entanglement Routing in Quantum Networks
• Title（参考訳）: 量子ネットワークにおけるユーティリティ-最適絡み合いルーティングについて
• Authors: Sounak Kar, Arpan Mukhopadhyay,
• Abstract要約: 量子ネットワークは、距離を越えて量子情報の信頼性の高い分散と操作を可能にすることを想定している。 本研究では,達成可能なネットワークユーティリティに対応する最適経路を特定することを目的とする。 私たちの研究は、古典的なフローベースとサービス対応ルーティングの概念を量子ネットワークに拡張するためのフレームワークを提供します。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.10312968200748114
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum networks are envisioned to enable reliable distribution and manipulation of quantum information across distances, forming the foundation of a future quantum internet. The fair and efficient allocation of communication resources in such networks has been addressed through the quantum network utility maximization (QNUM) framework, which optimizes network utility under the assumption of predetermined routes for competing user demands. In this work, we relax this assumption and aim to identify optimal routes that correspond to the maximum achievable network utility. Specifically, we formulate the single-path utility-based entanglement routing problem as a Mixed-Integer Convex Program (MICP). The formulation is exact when negativity is chosen as the entanglement measure for utility quantification or the network supports sufficiently high entanglement generation rates across demands. For other entanglement measures considered, the formulation approximates the problem with over 99.99% accuracy on evaluated real-world examples. To improve computational tractability, we propose a randomized rounding-based heuristic and an upper bound via the relaxation of the MICP. Furthermore, based on min-congestion routing, we introduce an alternative randomized heuristic and upper bound. This heuristic is computationally faster, while both the heuristic and the upper bound often outperform their counterparts on considered real-world networks. Our work provides the framework for extending classical flow-based and quality of service-aware routing concepts to quantum networks.
• Abstract（参考訳）: 量子ネットワークは、距離を越えて量子情報の信頼性の高い分散と操作を可能にし、将来の量子インターネットの基盤を形成する。 このようなネットワークにおける通信リソースの公平かつ効率的な割り当ては、競合するユーザ要求に対して所定の経路を仮定してネットワークユーティリティを最適化する量子ネットワークユーティリティ最大化(QNUM)フレームワークによって解決されている。 本研究では,この仮定を緩和し,最大達成可能なネットワークユーティリティに対応する最適経路を特定することを目的とする。 具体的には、Mixed-Integer Convex Program (MICP)として、単一パスユーティリティベースの絡み合いルーティング問題を定式化する。 定式化は、ユーティリティ量子化のための絡み合い尺度として負性が選択された場合、またはネットワークが要求間の絡み合いの発生率を十分に支持する場合に正確である。 他の絡み合い対策として、この定式化は実世界の実例で99.99%以上の精度で問題を近似する。 計算的トラクタビリティを向上させるため,MICPの緩和によるランダム化ラウンドリングに基づくヒューリスティックと上界の有界化を提案する。 さらに, ミン・コングリクション・ルーティングに基づいて, ランダム化されたヒューリスティックとアッパーバウンドを導入する。 このヒューリスティックは計算が速く、一方、ヒューリスティックと上界は実世界のネットワークでよく比較される。 私たちの研究は、古典的なフローベースとサービス対応ルーティングの概念を量子ネットワークに拡張するためのフレームワークを提供します。

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