Developing use cases and quantifying resource requirements for Quantum Internet applications

开发用例并量化量子互联网应用程序的资源需求

• 批准号: 22K19781
• 负责人: 佐藤 貴彦
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19781/
• 关键词: 量子インターネット; 量子アルゴリズム; 量子エラー軽減手法; 量子コンピュータ; ユースケース開拓; ブラインド量子計算; 分散量子計算

量子インターネットアプリケーションのユースケース開拓と、その運用に要求されるネットワークリソースの定量化に向け、今年度はユースケースのモデル選定およびリソース定量化のモデル構築と、端末ノードの性能向上に必要な手法の整備を行った。ユースケースのモデル選定では、量子インターネット上で実行されるアルゴリズムについて高速性や秘匿性、同一アルゴリズムへの参加が可能なユーザ数などの特性に基づいた整理と具体的なユースケース例の構築を行った。また、リソース定量化に向けた提案として、量子人工生命のライフゲームと量子インターネット上でのアルゴリズム実行という異なるモデルを統合的に議論できる環境を整備した。これにより、性質やユースケースの異なるさまざまなアプリケーションがライフゲームモデルで比較可能となり、また、ライフゲームモデルで表現可能ではあるが該当するユースケースが知られてない系から新たな発想のユースケースを創出されていくことなどが期待される。量子インターネットの端末ノードにおいてアプリケーションを実行する際に、該当するノードが現行モデルに近い世代の量子プロセッサであれば、恒常的なエラー訂正能力をもたないいわゆるNISQデバイスであることが想定される。そこで、運用可能なアプリケーションの性能向上のため、NISQデバイスのノイズ抑制によるエラー軽減手法の提案を行った。エラー軽減手法として量子部分空間拡大法（GSE法）を元に超伝導デバイスへの親和性の高い新提案を行い、量子デバイスのノイズパラメータを反映した数値シミュレーションと実機実験を通じて妥当性を実証した。

为了开发用于量子Internet应用程序的用例并量化其操作所需的网络资源，今年我们选择了一个模型并构建了用于资源量化的模型，并开发了改善终端节点性能所需的方法。在选择用例模型时，在量子互联网上执行的算法是根据速度，保密性和可以参与相同算法的用户数量以及构建了混凝土示例的用户数量组织的。此外，作为资源量化的建议，我们创建了一个环境，可以以整合的方式讨论不同的模型：量子人造生活的生活游戏和量子互联网上算法的执行。这使得可以使用Life Game模型将各种应用程序与不同的属性和用例进行比较，并且可以预期，新的用例将是由可以在生命游戏模型中表达的系统创建的，但其用例尚不清楚。当在量子Internet的终端节点上运行应用程序时，如果与节点相对应的节点是接近当前模型的一代的量子处理器，则假定它是一个所谓的NISQ设备，它没有恒定的误差校正功能。因此，为了提高操作应用的性能，我们通过抑制NISQ设备中的噪声提出了一种误差技术。作为一种错误缓解方法，我们根据量子空间扩展方法（GSE方法）提出了一项具有高亲和力的新建议，并通过数值模拟证明了其有效性，该数值模拟反映了量子设备和实际机器实验的噪声参数。