Internet kwantowy

• Autorzy: Romaniuk Ryszard

Identyfikatory

DOI

10.15199/13.2022.5.4

Warianty tytułu

EN

Quantum Internet

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Fundamentalne twierdzenia o niemożliwościach kwantowych są związane łącznie z zasadami zachowania energii w systemie zamkniętym, zakazem Pauliego i twierdzeniem spin-statystyka, zasadą nieoznaczoności Heisenberga, wykluczeniem prędkości superluminalnej, paradoksem informacyjnym czarnej dziury, jej parowaniem i trójparametrowym opisem w postaci tylko masy, ładunku elektrycznego i momentu obrotowego, determinizmem kwantowym i odwracalnością czasu (symetrią CPT), ciągłym wielokanałowym sprzężeniem mikro świata kwantowego z makroświatem termodynamicznym objawiającym się dynamiką wyboru dekoherencji, itp. W tak zdefiniowanym przy pomocy twardych ograniczeń obszarze zadaniem do realizacji jest budowa kwantowego złożonego, technicznego systemu funkcjonalnego. Dostępnym budulcem są kubity, kudity, bramki i układy oraz pamięci kwantowe, itp. Ogólnym zasobem sygnałowym w kwantowych technikach informacyjnych ITK jest nielokalność, możliwość jej opanowania technicznego, oraz jej potencjalna ocena ilościowa i jakościowa, często odnoszona do poziomu LOCC. W szczególności, nie do końca ekwiwalentnymi, zasobami są diskord kwantowy, kontekstualność, kwantowa entropia, a najczęściej splątanie. Narzędziami do budowy systemów ITK są teleportacja kwantowa, tomografia kwantowa, współdzielenie stanów splątanych, sterowanie kubitów fizycznych i logicznych, wirtualizacja kubitów, destylacja splątania, korekcja błędów kwantowych, transfer stanów kwantowych między kubitami stacjonarnymi i lotnymi, itp. Celem jest budowa Internetu kwantowego, docelowo całkowicie kwantowego, a obecnie w wersji NISQ.

EN

Fundamental quantum no-go theorems are related to the principles of conservation of energy in a closed system, the Pauli exclusion principle and the spin-statistics theorem, the Heisenberg uncertainty principle, the exclusion of superluminal velocity, the black hole information paradox, its evaporation and the only three-parameter description with mass, electric charge and angular momentum, quantum determinism and time reversibility (CPT symmetry), continuous multichannel coupling of the quantum micro world with the thermodynamic macro world manifested by the dynamics of decoherence selection rules, etc. The available building blocks are qubits, kudits, gates and circuits, quantum memories, etc. The general signal resource in IQT is nonlocality, the possibility of its harnessing at the technical level, and its potential quantitative and qualitative assessment, often related to the LOCC level. In particular, not entirely equivalent resources are quantum discord, contextuality, quantum entropy, and most often the entanglement. The tools for building IQT are quantum teleportation, quantum tomography, entangled states sharing, control of physical and logical qubits, qubit virtualization, entanglement distillation, correction of quantum errors, transfer of quantum states between stationary and flying qubits, etc. The goal is to build a quantum Internet, ultimately entirely quantum, and currently in the NISQ version.

Słowa kluczowe

PL

internet kwantowy; sieć kwantowa; zasoby kwantowe; nielokalność kwantowa; splątanie; teleportacja; destylacja splątania; przełączanie splątania

EN

quantum Internet; quantum network; quantum resources; quantum nonlocality; entanglement; teleportation; entanglement distillation; entanglement swapping

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 63, Nr 5
• Strony: 19--25
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz.

Twórcy

autor

Romaniuk Ryszard

• Instytut Systemów Informatycznych, Politechnika Warszawska

Bibliografia

• [1] K. Bradler, et al., 2017, Covert quantum Internet, arX-iv:1704.07281
• [2] S. Wehner, et al., 2018, Quantum Internet: A vision for the road ahead, Science 362, 303
• [3] M. Caleffi, et al., 2018, Quantum Internet: from communication to distributed computing, doi:10.1145/3233188.3233224
• [4] A.S. Cacciapuoti, et al., 2018, Quantum Internet: Networking challenges in distributed quantum computing, IEEE Network, 34(1), 137-143
• [5] A. Dahlberg, et.al., 2019, A link layer protocol for quantum networks, arXiv:1903.09778
• [6] S. Khatri, et al, 2019, Spooky action at a global distance – resource-rate analysis of a space-based entanglement-distribution network for the quantum Internet, arXiv:1912.06678
• [7] N. Yu, et.al., 2019, Protocols for packet quantum network inter- communication, arXiv:1903.10685
• [8] M. Caleffi, et al., Quantum switch for the quantum Internet: Noiseless communications through noisy channels, arXiv:1907.07432
• [9] M. Caleffi, et al., 2020, The rise of the quantum Internet, Computer, 6, 67-72
• [10] D. Cuomo, et al., 2020, Towards a distributed quantum computing ecosystem, doi:10.1049/iet-qtc.2020.0002
• [11] D. Ferrari, et.al., 2020, Compiler design for distributed quantum computing, arXiv:2012.09680
• [12] A.S. Cacciapuoti, et al., 2020, When entanglement meets classical communications: Quantum teleportation for the quantum Internet, IEEE Trans Commun., 68(6), 3808-3833
• [13] A.J.G. Abelem, et al., 2020, Quantum Internet: The future of internetworking, doi:10.5753/sbc.5033.7.2
• [14] K. Goodenough, et al., 2020, Optimising repeater schemes for the quantum internet, arXiv:2006.1222
• [15] M. Pompili, et al., 2021, Realization of a multi-node quantum network of remote solid-state qubits, arXiv:2102.04471
• [16] R. Wengenmayr, 2021, The architecture of the quantum Internet, Max Planck Research, 2, 71-76
• [17] S. Koudia, et al., 2021, (Causal)-Activation of complex entanglement structures in quantum networks, arXiv:2112.00543
• [18] A. Singh, et.al., 2021, Quantum Internet- applications, functionalities, enabling technologies, challenges, and research directions, arXiv: 2102.04427
• [19] R. VanMeter, et al., 2021, A quantum Internet architecture, arX-iv:2112.07092
• [20] Quantum Internet, 2022, quantuminternet.it, Future Communications laboratory, Uni. Naples
• [21] L-M. Duan, M.D. Lukin, J.I. Cirac, P. Zoller, 2001, Long-distance quantum communication with atomic ensembles and linear optics, arXiv:0105105
• [22] N. Sangouard, et al., 2009, Quantum repeaters based on atomic ensembles and linear optics, arXiv:0906.2699
• [23] N. Pisenti, et al., 2011, Distinguishability of hyper-entangled Bell states by linear evolution and local projective measurement, arXiv:1109.1584
• [24] J. Yard, et al., 2011, Quantum broadcast channels, arX-iv:0603098
• [25] Q. Wang., et al., 2017, Hadamard quantum broadcast channels, arXiv:1611.07651
• [26] S.Y. Lo, 2009, Implementing Dijkstra’s pathfind using quantum algorithms, CSUSB ScholarWorks
• [27] T. Krauss, 2020, Solving the Network Shortest Path Problem on a Quantum Annealer, IEEE Trans. on QE, vol. 1, 3101512
• [28] N. B. Lingaraju, et al., 2022, Bell state analyzer for spectrally distinct photons, Optica, vol. 9, no. 3, 280-283
• [29] C.S. Amorim, 2018, Indistinguishability as nonlocality constraint, Scientific Reports, 8:6091
• [30] D. Chandra, et. al., 2021, Direct quantum communications in the presence of realistic noisy entanglement, arXiv:2012.11982
• [31] L. Gyongyosi, S. Imre, 2018, Multilayer Optimization for the Quantum Internet, Scientific Reports, 8:12690

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).