Developing use cases and quantifying resource requirements for Quantum Internet applications

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。

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。