Routing protocols development for quantum networks

• Grant number: 22/04945-9
• Support Opportunities: Scholarships in Brazil - Technical Training Program - Technical Training
• Start date: May 01, 2022
• End date: April 30, 2024
• Field of knowledge: Physical Sciences and Mathematics - Computer Science - Computer Systems
• Agreement: MCTI/MC
• Principal Investigator: Antonio Jorge Gomes Abelém
• Grantee: Diego Medeiros de Abreu
• Host Institution: Instituto de Ciências Exatas e Naturais. Universidade Federal do Pará (UFPA). Belém , SP, Brazil
• Associated research grant: 20/04031-1 - Quantum Internet Routing Protocols, AP.R

Abstract

A computação quântica e a comunicação quântica terão um grande impacto em nosso mundo. Uma Internet quântica habilitará aplicações fundamentalmente fora do alcance da Internet clássica, em especial aplicações de segurança, devido às características inerentes da física quântica que permitem proteger os dados durante a troca de informações quânticas ou no compartilhamento de estado quântico entrelaçado (ou emaranhado) entre duas ou mais partes. No entanto, os sinais quânticos são muito frágeis e não podem ser copiados ou amplificados. Para trocar dados a longas distâncias, em redes topologicamente complexas, construídas com tecnologias heterogêneas e gerenciadas por organizações independentes, são necessários repetidores quânticos. Além disso, para permitir o uso amplo e o desenvolvimento de aplicações de propósito geral, é essencial desenvolver métodos que permitam que protocolos quânticos se conectem às implementações de hardware subjacentes de forma transparente. Classicamente, isso é alcançado através do uso de protocolos em camadas, como a pilha TCP/IP, que fornecem um nível de abstração que permite aos protocolos da camada de aplicação trocar dados entre dois nós terminais sem precisar saber detalhes sobre como a conexão é realmente estabelecida. Atualmente, apenas versões preliminares de uma pilha de rede para uma internet quântica foram propostas. Para viabilizar totalmente os potenciais da computação quântica, vários novos desafios e problemas em aberto precisam ser abordados. Na perspectiva de encaminhamento dos dados, o problema de roteamento é crucial. O objetivo principal deste plano de pesquisa é desenvolver algoritmos e protocolos de roteamento que assegurem a descoberta da melhor rota em diferentes topologias de redes quânticas, em consonância com o objetivo principal do projeto, fornecendo as maiores oportunidades de comunicação quântica entre um par arbitrário de dispositivos quânticos. (AU)