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

基本信息

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

项目摘要

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。

为了开发量子互联网应用的用例并量化其运行所需的网络资源，本财年我们将选择用例模型，构建资源量化模型，并开发提高终端节点性能所需的方法。执行。在选择用例模型时，我们根据速度、保密性以及可以参与同一算法的用户数量等特征来组织要在量子互联网上执行的算法，并构造具体的用例Ta。此外，作为资源量化的建议，我们创建了一个可以综合讨论量子人工生命的生命博弈和量子互联网上的算法执行等不同模型的环境。因此，可以使用生命游戏模型来比较具有不同属性和用例的各种应用程序，并且可以从可以使用生命游戏模型表达但不适用的用例的系统中开发出具有新想法的用例。希望能创造更多。当应用程序在量子互联网的终端节点上执行时，如果对应的节点是与当前型号接近的一代量子处理器，则假设它是不具有恒定纠错能力的所谓NISQ设备能力。因此，为了提高运算应用的性能，我们提出了一种通过抑制NISQ器件中的噪声来减少错误的方法。我们提出了一种基于与超导器件高度兼容的量子子空间展开法（GSE法）的新误差降低方法，并通过反映量子器件噪声参数的数值模拟和实机实验证明了其有效性。