Post Quantum and Quantum Cryptography schemes are feasible quantum computer applications for 7G networks. These schemes could possibly replace existing schemes. These algorithms have been compromised by advances in quantum search algorithms run on quantum computers like Shor algorithm. Shor algorithm is a quantum algorithm for finding the prime factors of an integer which is the basis of existing algorithm. This has become an available quantum computer application putting the use of ESA algorithm at risk. Our recent paper provides a detailed survey of the work on post quantum and quantum cryptography algorithms with focus on their applicability in 7G networks. Since the paper focuses on the cryptography algorithms as a follow up, in this paper, we provide a new framework for quantum network optimization and survey in detail the work on enabling technologies (quantum hardware) for the practical implementation of these algorithms including the most important segments of quantum hardware in 7G. As always in engineering practice practical solutions are a compromise between the performance and complexity of the implementation. For this reason, as the main contribution, the paper presents a network and computer applications optimization framework that includes implementation imperfections. The tools should be useful in optimizing future generation practical computer system design. After that a comprehensive survey of the existing work on quantum hardware is presented pointing out the sources of these imperfections. This enables us to make a fair assessment of how much investment into quantum hardware improvements contributes to the performance enhancement of the overall system. In this way a decision can be made on proper partitioning between the investment in hardware and system level complexity.


翻译:后量子与量子密码方案是面向7G网络的可行量子计算机应用。这些方案有望替代现有方案。然而,量子计算机上运行的量子搜索算法(如Shor算法)的进展已对这些算法构成威胁。Shor算法是一种用于整数质因数分解的量子算法,而该问题正是现有算法的基础。这使量子计算机应用成为现实,导致ESA算法的使用面临风险。我们近期的论文系统综述了后量子与量子密码算法的研究进展,重点关注其在7G网络中的适用性。作为后续研究,本文聚焦密码算法,提出一种新的量子网络优化框架,并详细综述了实现这些算法所需使能技术(量子硬件)的相关工作,包括7G网络中量子硬件的核心组成部分。工程实践中的解决方案始终需要在性能与实现复杂度之间取得平衡。因此,本文的核心贡献在于提出了一种包含实现缺陷的网络与计算机应用优化框架。该工具将有助于优化未来实用计算机系统的设计。随后,本文对现有量子硬件研究进行了全面综述,明确指出各类缺陷的来源。这使得我们能够客观评估量子硬件改进投资对整体系统性能提升的贡献程度,从而为硬件投资与系统级复杂度之间的合理权衡提供决策依据。

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