Quantum communication networks are emerging as a promising technology that could constitute a key building block in future communication networks in the 6G era and beyond. These networks have an inherent feature of parallelism that allows them to boost the capacity and enhance the security of communication systems. Recent advances led to the deployment of small- and large-scale quantum communication networks with real quantum hardware. In quantum networks, entanglement is a key resource that allows for data transmission between different nodes. However, to reap the benefits of entanglement and enable efficient quantum communication, the number of generated entangled pairs must be optimized. Indeed, if the entanglement generation rates are not optimized, then some of these valuable resources will be discarded and lost. In this paper, the problem of optimizing the entanglement generation rates and their distribution over a quantum memory is studied. In particular, a quantum network in which users have heterogeneous distances and applications is considered. This problem is posed as a mixed integer nonlinear programming optimization problem whose goal is to efficiently utilize the available quantum memory by distributing the quantum entangled pairs in a way that maximizes the user satisfaction. An interior point optimization method is used to solve the optimization problem and extensive simulations are conducted to evaluate the effectiveness of the proposed system. Simulation results show the key design considerations for efficient quantum networks, and the effect of different network parameters on the network performance.


翻译:量子通信网络正在成为一个充满希望的技术,可以成为6G时代及其后未来通信网络的关键构件。这些网络具有平行的内在特征,可以提升通信系统的能力,加强通信系统的安全。最近的进展导致部署小型和大型量子通信网络,使用真正的量子硬件。在量子网络中,纠缠是一个关键资源,可以在不同节点之间传输数据。然而,为了获得纠缠的好处,并能够实现高效量子通信,必须优化生成的被缠绕的对配对的数量。事实上,如果纠缠的生成率不优化,这些宝贵的资源中的一些将被抛弃和丢失。在本文件中,研究优化缠绕生成率及其在量子记忆中分布的问题。特别是,在量子网络中,用户有不同距离和应用的量子网络。这个问题是混合的、非线性编程优化问题,目的是通过以最优化量子相缠绕的对配方来高效地利用现有的量子存储。在用户网络中分配量子生成的参数,从而最大限度地优化用户对量子生成的参数,然后将放弃这些宝贵的资源资源。使用内部点优化的方法是模拟系统,用来解决用户对效率的系统进行模拟的模拟,然后对数评估。 内部优化的方法是用于模拟的模拟的系统。 模拟的系统,用来模拟的计算, 模拟的模拟的模拟, 模拟的模拟, 模拟, 模拟, 模拟对数式优化的方法是模拟的计算方法是模拟的系统。

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