論文の概要: An Extensible Quantum Network Simulator Built on ns-3: Q2NS Design and Evaluation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.02857v1
- Date: Tue, 03 Mar 2026 11:05:38 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-04 21:38:10.757637
- Title: An Extensible Quantum Network Simulator Built on ns-3: Q2NS Design and Evaluation
- Title（参考訳）: ns-3に基づく拡張可能な量子ネットワークシミュレータQ2NSの設計と評価
- Authors: Adam Pearson, Francesco Mazza, Marcello Caleffi, Angela Sara Cacciapuoti,
- Abstract要約: 我々は, ns-3上に構築されたモジュール型でスケーラブルな量子ネットワークシミュレータQ2NSを紹介する。
Q2NSは統一インターフェースを通じて複数の量子状態表現をサポートする。
我々は、物理的および絡み合い可能な接続を共同でキャプチャする専用の可視化ツールを提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.00618497702806
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: As quantum networking hardware remains costly and not yet widely accessible, simulation tools are essential for the design and evaluation of quantum network architectures and protocols. However, designing a scalable and computationally efficient quantum network simulator is intrinsically challenging: i) quantum dynamics must be emulated on classical computing platforms while capturing the stateful and non-local nature of entanglement, a quantum resource without any classical networking analog; ii) quantum networking is inherently hybrid, as protocol execution also fundamentally depends on classical signaling. This makes a tight and faithful co-simulation of quantum operations and classical message exchanges a core requirement. In this light, we present Q2NS, a modular and extensible quantum network simulator, built on top of ns-3, designed to seamlessly integrate quantum-network primitives with ns-3's established classical protocol stack. Q2NS adopts a modular architecture that decouples protocol control logic from node- and channel-level operations, enabling rapid prototyping and adaptation across heterogeneous and evolving Quantum Internet scenarios. Q2NS natively supports multiple quantum state representations through a unified interface, allowing interchangeable state-vector, density-matrix, and stabilizer backends. We validate Q2NS through realistic use-case studies and comprehensive benchmarks, demonstrating superior computational efficiency over representative state-of-the-art alternatives, while preserving modeling flexibility. Finally, we provide a dedicated visualization tool that jointly captures physical and entanglement-enabled connectivity and supports entangled-state manipulations, facilitating an intuitive interpretation of entanglement dynamics and protocol behavior. Q2NS offers a flexible, open, and scalable simulation platform for advancing Quantum Internet research.
- Abstract（参考訳）: 量子ネットワークハードウェアは高価であり、まだ普及していないため、シミュレーションツールは量子ネットワークアーキテクチャとプロトコルの設計と評価に不可欠である。
しかし、スケーラブルで計算効率のよい量子ネットワークシミュレータを設計するのは本質的に難しい。
一 量子力学は、古典的なネットワークアナログのない量子資源である絡み合いのステートフルで非ローカルな性質を捉えつつ、古典的なコンピューティングプラットフォーム上でエミュレートしなければならない。
i) 量子ネットワークは本質的にハイブリッドであり、プロトコルの実行も古典的なシグナリングに依存している。
これにより、量子演算の厳密で忠実な共シミュレーションが行われ、古典的なメッセージ交換がコア要件となる。
本稿では,量子ネットワークプリミティブを,ns-3の確立した古典的プロトコルスタックとシームレスに統合するように設計された,モジュール型で拡張可能な量子ネットワークシミュレータであるQ2NSを紹介する。
Q2NSは、プロトコル制御ロジックをノードレベルの操作とチャネルレベルの操作から切り離すモジュールアーキテクチャを採用しており、不均一で進化するQuantum Internetのシナリオで高速なプロトタイピングと適応を可能にする。
Q2NSは、統一インターフェースを通じて複数の量子状態表現をネイティブにサポートし、交換可能な状態ベクトル、密度行列、安定化器バックエンドを可能にする。
実例と総合ベンチマークを用いてQ2NSを検証し、モデリングの柔軟性を保ちながら、最先端の代替品よりも優れた計算効率を示す。
最後に、物理的および絡み合い可能な接続を共同でキャプチャし、絡み合った状態操作をサポートし、絡み合いのダイナミクスとプロトコルの動作の直感的な解釈を容易にする、専用の可視化ツールを提供する。
Q2NSは、Quantum Internet研究を進めるための柔軟でオープンでスケーラブルなシミュレーションプラットフォームを提供する。
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