Collaborative Research: CNS Core: Small: Model, Design, and Implement Entanglement Routing Protocols for Quantum Networks

合作研究:CNS 核心:小型:量子网络的纠缠路由协议的建模、设计和实现

基本信息

  • 批准号:
    2114113
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 34.09万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-10-01 至 2025-09-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

The recently released "A Strategic Vision for America’s Quantum Networks" driven by the National Quantum Initiative Act addressed the importance of quantum networks on future communication security and computing advancement. Quantum networks supplement traditional networks, e.g., the Internet, and enable important applications such as secure key distribution, clock synchronization, secure remote computation, and distributed consensus, most of which cannot be easily and efficiently achieved by the classical Internet. This project focuses on a fundamental network service for quantum networks, namely quantum entanglement routing. If successful, the research outcomes of this project will be transformative as they will provide critical networking services and tasks such as secure communication and time synchronization, which in turn, will enable emerging and future services including IoT, edge computing, and their applications. To address quantum entanglement routing, this project will develop quantum network models that are consistent with results from experimental physics, while applying computer network design techniques and research methodologies to quantum networks. The proposed models will account for practical considerations from network protocol design, such as arbitrary network topologies, multiple concurrent sources and destinations that compete for resources, fidelity and purification, limited capacity at each node, as well as the fact that nodes only know localized short-lived link-state information. As such, the expected contributions of the proposed research are as follows: 1) Exploration of different routing metrics; 2) Development of offline and online contention-free routing protocols; 3) Design of efficient topologies for quantum networking; 4) Evaluation of the proposed algorithms using analytical models as well as a custom simulator; and 5) Implementation of the proposed protocols with real quantum devices. The network models, algorithms, protocols, and experimental tools developed in this project will be made available to the networking research community to help jump-start research efforts on quantum networks, e.g., exploring ink layer and transport layer services. The project will leverage the visibility and timeliness of quantum computing and quantum networking to recruit first-generation students as well as students from under-represented populations.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
最近发布的由《国家量子计划法案》推动的“美国量子网络战略愿景”强调了量子网络对未来通信安全和计算进步的重要性。量子网络补充了互联网等传统网络,并实现了诸如互联网等重要应用。安全密钥分发、时钟同步、安全远程计算和分布式共识,其中大部分无法通过经典互联网轻松有效地实现。该项目重点关注量子网络的基本网络服务,即量子纠缠路由。该项目的研究成果将具有变革性,因为它们将提供关键的网络服务和任务,例如安全通信和时间同步,从而使包括物联网、边缘计算及其应用在内的新兴和未来服务能够解决量子纠缠路由问题。该项目将开发与实验物理结果一致的量子网络模型,同时将计算机网络设计技术和研究方法应用于量子网络,所提出的模型将考虑网络协议设计的实际考虑,例如任意网络拓扑、多重网络。竞争资源的并发源和目的地,保真度和净化性、每个节点的有限容量以及节点仅知道局部短期链路状态信息的事实因此,所提出的研究的预期贡献如下:1)探索不同的路由度量; 2) 开发离线和在线无争用路由协议; 3) 设计有效的量子网络拓扑; 4) 使用分析模型和自定义模拟器评估所提出的算法;以及 5) 实际实现所提出的协议;量子该项目开发的网络模型、算法、协议和实验工具将提供给网络研究社区,以帮助启动量子网络的研究工作,例如探索墨水层和传输层服务。利用量子计算和量子网络的可见性和及时性来招收第一代学生以及来自代表性不足人群的学生。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响进行评估,被认为值得支持审查标准。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Towards automatic troubleshooting for user-level performance degradation in cellular services
针对蜂窝服务中用户级性能下降的自动故障排除
Simulation of Atom-Atom Entanglement with Atomic Ensembles and Quantum Optics
用原子系综和量子光学模拟原子间纠缠
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    R. Zhou; X. Lai
  • 通讯作者:
    X. Lai
Smash: Flexible, Fast, and Resource-efficient Placement and Lookup of Distributed Storage
Smash:灵活、快速且资源高效的分布式存储放置和查找
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A Routing Framework for Quantum Entanglements with Heterogeneous Duration
异质持续时间量子纠缠的路由框架
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Y. Gan; X. Zhang
  • 通讯作者:
    X. Zhang
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Sodium titanate nanowires for Na+‐based hybrid energy storage with high power density
用于高功率密度Na基混合储能的钛酸钠纳米线
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Jinghan Zuo;Liu Zeyu;Huaning Jiang;Chen Qian;Zhilin Yang;Xiaokang Gu;Yuying Jiao;Y. Gong
  • 通讯作者:
    Y. Gong
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
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  • 影响因子:
    1
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    Wan Cheng;Pan Yu;Zhu Li;Zhang Hao;Zhao Zhuo;Yuan Hua;Li Peng;Fan Xu;Sun Wen;Du Zhan;Chen Qian;Cui Ying;Liao Tian;Wei Xiao;Wang Tian;Chen Xi;Li Gong;Reinhold Schuch;Zhang Hong
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    Zhang Hong
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    Lingxiao Lu;Shengyi Wu;Haoxuan Sun;Junhong Gou;Jianlou Si;Chen Qian;Jianfu Zhang;Liqing Zhang
  • 通讯作者:
    Liqing Zhang

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    2023
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    2021676
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    $ 34.09万
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    1932447
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    2019
  • 资助金额:
    $ 34.09万
  • 项目类别:
    Standard Grant
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    1750704
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    2018
  • 资助金额:
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    1717948
  • 财政年份:
    2017
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    Standard Grant
CRII: NeTS: A Coordinate System based Network for Data Plane Scalability and High Throughput
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    1701681
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    2016
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    1464335
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    2015
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Student Travel Support for the 22nd IEEE International Conference on Network Protocols
第 22 届 IEEE 国际网络协议会议的学生旅行支持
  • 批准号:
    1440444
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 34.09万
  • 项目类别:
    Standard Grant

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  • 批准号:
    2343863
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 34.09万
  • 项目类别:
    Standard Grant
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作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了