We consider scheduling in a quantum switch with stochastic entanglement generation, finite quantum memories, and decoherence. The objective is to design a scheduling algorithm with polynomial-time computational complexity that stabilizes a nontrivial fraction of the capacity region. Scheduling in such a switch corresponds to finding a matching in a graph subject to additional constraints. We propose an LP-based policy, which finds a point in the matching polytope, which is further implemented using a randomized decomposition into matchings. The main challenge is that service over an edge is feasible only when entanglement is simultaneously available at both endpoint memories, so the effective service rates depend on the steady-state availability induced by the scheduling rule. To address this, we introduce a single-node reference Markov chain and derive lower bounds on achievable service rates in terms of the steady-state nonemptiness probabilities. We then use a Lyapunov drift argument to show that, whenever the request arrival rates lie within the resulting throughput region, the proposed algorithm stabilizes the request queues. We further analyze how the achievable throughput depends on entanglement generation rates, decoherence probabilities, and buffer sizes, and show that the throughput lower bound converges exponentially fast to its infinite-buffer limit as the memory size increases. Numerical results illustrate that the guaranteed throughput fraction is substantial for parameter regimes relevant to near-term quantum networking systems.


翻译:我们研究具有随机纠缠生成、有限量子存储器和退相干的量子交换机中的调度问题。目标是设计一种具有多项式时间计算复杂度的调度算法,该算法能够稳定容量区域的非平凡部分。此类交换机中的调度对应于在具有额外约束的图中寻找匹配。我们提出了一种基于线性规划的策略,该策略找到匹配多面体中的一个点,然后通过随机分解为多个匹配来实现。主要挑战在于,只有当纠缠同时存在于两个端点存储器中时,通过一条边的服务才是可行的,因此有效服务速率取决于由调度规则决定的稳态可用性。为了解决这个问题,我们引入了一个单节点参考马尔可夫链,并根据稳态非空概率推导了可实现服务速率的下界。然后,我们使用李雅普诺夫漂移论证表明,只要请求到达率位于由此产生的吞吐量区域内,所提出的算法就能稳定请求队列。我们进一步分析了可实现吞吐量如何依赖于纠缠生成速率、退相干概率和缓冲区大小,并表明随着存储器大小的增加,吞吐量下界以指数速度收敛到其无限缓冲区极限。数值结果表明,对于与近期量子网络系统相关的参数范围,保证的吞吐量比例是显著的。

0
下载
关闭预览

相关内容

《基于量子计算的问题优化》最新40页报告
专知会员服务
18+阅读 · 2月20日
大语言模型在规划与调度问题上的应用
专知会员服务
53+阅读 · 2025年1月12日
《量子算法及应用》美空军AFRL32页技术报告
专知会员服务
40+阅读 · 2023年1月3日
《通信和导航中的优化算法设计》美国空军研究实验室
专知会员服务
41+阅读 · 2022年8月19日
专知会员服务
37+阅读 · 2021年9月12日
综述:军事应用中使用的一些重要算法
专知
13+阅读 · 2022年7月3日
你的算法可靠吗? 神经网络不确定性度量
专知
40+阅读 · 2019年4月27日
【干货】​深度学习中的线性代数
专知
21+阅读 · 2018年3月30日
深度学习时代的目标检测算法
炼数成金订阅号
40+阅读 · 2018年3月19日
【干货】理解深度学习中的矩阵运算
专知
12+阅读 · 2018年2月12日
推荐算法:Match与Rank模型的交织配合
从0到1
15+阅读 · 2017年12月18日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
无人机自主控制与人工智能:系统性综述
专知会员服务
8+阅读 · 今天7:25
巡飞弹与反无人机系统——现代战场的两大支柱
专知会员服务
3+阅读 · 今天6:54
《打造“黄金舰队”》57页报告
专知会员服务
2+阅读 · 今天6:52
《北约数字教官网络发展路径》128页报告
专知会员服务
2+阅读 · 今天6:33
ECCV 2026 | MIMFlow:MIM与归一化流统一图像生成
专知会员服务
7+阅读 · 6月25日
网状网络及其在军事领域的运用
专知会员服务
7+阅读 · 6月25日
无美国参与的欧洲战争方式(万字长文)
专知会员服务
8+阅读 · 6月25日
《国防领域敏感性分析白皮书》
专知会员服务
9+阅读 · 6月25日
综述 | 从问答到任务完成:Agent系统与Harness设计
专知会员服务
10+阅读 · 6月24日
Agentic RL:框架、实践与长程智能体训练
专知会员服务
10+阅读 · 6月24日
相关资讯
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员