慶應義塾量子インターネットセンター

　

センター概要

本センターでは、量子インターネットや、その主要な構成要素である分散量子情報処理システム・量子ネットワークの実現を目指す。さらには、そのスムーズな社会実装を目指す。このために、量子コンピュータネットワークや分散量子情報処理に関する基礎研究・開発に加え、データセンターサイズ・広域サイズのテストベッド環境を整備してプロトタイプの研究開発に取り組む。また、ELSIやエコシステム構築等、量子インターネット技術による未来社会の創造に資する多様な研究・活動に取り組む。この目的の達成には産学官での多組織連携が必要であり、組織横断的にそのような連携を推進する量子インターネットタスクフォース（https://qitf.org/）の慶應義塾拠点として、QITFの活動を積極的に行う。

2025年度事業計画

■前年度より継続する活動内容について、継続する背景・根拠と目標

テストベッドでの量子ネットワーク開発を継続する。アーキテクチャを重視して量子ネットワークの実機を開発するプロジェクトは世界でも数少ない。世界最先端の取り組みとして、Berkeley、Chicago、Delftなどの海外有力研究拠点と連携しながら活動する。特に、スケーラブルな量子インターコネクトアーキテクチャの開発を継続し、先般投稿した実機での最小構成NWに関する研究を大規模に拡張してシミュレーションによって検証する。

■2025年度の新規活動目標と内容、実施の背景

長距離量子通信の研究を強化する。上述のプロトタイプ量子ネットワークは新川崎KBICに設置している。これに、矢上までの長距離フィールドファイバーを接続し、キャンパス間通信を実証する。

2024年度事業報告

■当該年度事業計画に対する実施内容、および研究成果と達成度

星型トポロジで、量子ネットワーク4ノードの接続に成功した。このネットワークでは、量子光スイッチが通信のスイッチングを行い、任意の3つのエンドノード間で量子もつれを生成する。このリクエストと処理には、開発した通信プロトコルを用いている。また、分散量子コンピュータに適した世界最初の量子インターコネクトアーキテクチャを考案した。

■公刊論文数（件数と主たる公刊誌名）、学会発表件数（国内・国際）、イベントなど社会貢献の実績（年月日、場所）
  1. [Invited Paper (2024)] Shota Nagayama, Toshihiko Sasaki, Akihito Soeda. ""Backcasting Perspectives on Services of Future Quantum Internet."" 2024 IEEE International Conference on Quantum Software (QSW), Shenzhen, China, 2024, pp. 12-18, doi: 10.1109/QSW62656.2024.00015.
  2. [Invited Talks (2024)] Shota Nagayama. ""Quantum Network Systems and Testbed efforts in Japan."" To appear in The 4th Workshop on Quantum Repeaters and Networks. Sep. 2024.
  3. [Invited Talks (2024)] Shota Nagayama. ""Backcasting Perspectives on Services of Future Quantum Internet."" IEEE Symposium on Quantum Software: Towards Quantum Utility in the NISQ Era (QSWUtil). Jul. 2024.
  4. [International Conferences with Proceedings (2024)] Yoshihiro Mori, Toshihiko Sasaki, Rikizo Ikuta, Kentaro Teramoto, Hiroyuki Ohno, Michal Hajdusek, Rodney Van Meter, & Shota Nagayama. ""Scalable Timing Coordination of Bell State Analyzers in Quantum Networks,"" 2024 IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering (QCE), Montreal, Canada, 2024, pp. 1890-1896, doi: 10.1109/QCE60285.2024.00218.
  5. [International Conferences with Proceedings (2024)] Kento Samuel Soon, Naphan Benchasattabuse, Michal Hajdusek, Kentaro Teramoto, Shota Nagayama, & Rodney Van Meter. ""Performance of Quantum Networks Using Heterogeneous Link Architectures,"" 2024 IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering (QCE), Montreal, Canada, 2024, pp. 1914-1923, doi: 10.1109/QCE60285.2024.00221.
  6. [International Conferences with Proceedings (2024)] Marii Koyama, Claire Yun, Amin Taherkhani, Naphan Benchasattabuse, Bernard Ousmane Sane, Michal Hajdusek, Shota Nagayama, & Rodney Van Meter. ""Optimal Switching Networks for Paired-Egress Bell State Analyzer Pools,"" 2024 IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering (QCE), Montreal, Canada, 2024, pp. 1897-1907, doi: 10.1109/QCE60285.2024.00219.
  7. [International Conferences with Proceedings (2024)] Kento Samuel Soon, Michal Hajdusek, Shota Nagayama, Naphan Benchasattabuse, Kentaro Teramoto, Ryosuke Satoh, & Rodney Van Meter. ""An implementation and analysis of a practical quantum link architecture utilizing entangled photon sources."" IEEE International Conference on Quantum Communications, Networking, and Computing (QCNC) 2024, Kanazawa, Japan, Jul. 2024, pp. 25-32, DOI: 10.1109/QCNC62729.2024.00014.
  8. [Panel Discussions (2024)] (invitee) ""Quantum Network Testbed Work in Japan."" The 4th Workshop for Quantum Repeater Networks. Sep. 2024.
  9. [Panel Discussions (2024)] (invitee) ""Quantum Network Testbed Panel Discussion."" To appear in IEEE QCE 2024. Sep. 2024.
  10. [Birds-of-a-Feather (BoF) Organization (2024)] Sho Morishita, Yusuke Nagato, Konomi Higo, Kentaro Teramoto, & Shota Nagayama. ""Quantum Quest: Dialogue and Exploration of Quantum Governance Through a Card Game."" IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering (QCE) 2024. Sep. 2024. BoF Abstract.
  11. [Birds-of-a-Feather (BoF) Organization (2024)] Shota Nagayama, Rodney Van Meter, Wenji Wu, & Inder Monga. ""What Makes Quantum Networks? A Quantum Network Protocols' Perspective: From Physical Layer to Application Layer."" IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering (QCE) 2024. Sep. 2024. BoF Abstract.
  12. [Submitted / Pre-prints / In Progress (2024)] Daisuke Sakuma, Amin Taherkhani, Tomoki Tsuno, Toshihiko Sasaki, Hikaru Shimizu, Kentaro Teramoto, Andrew Todd, Yosuke Ueno, Michal Hajdušek, Rikizo Ikuta, Rodney Van Meter, & Shota Nagayama. ""An Optical Interconnect for Modular Quantum Computers."" arXiv preprint arXiv:2412.09299, 2024.
  13. [Submitted / Pre-prints / In Progress (2024)] Fumiyoshi Kobayashi, & Shota Nagayama. ""Erasure-tolerance protocol for the surface codes on Rydberg atomic quantum computers."" arXiv preprint arXiv:2404.12656, 2024.
  14. [Talks in Symposiums (2024)] Shota Nagayama. ""スケーラブルで強靭な統合的量子通信システム."" ムーンショット目標6公開シンポジウム2024. 2024/03/25.
  15. [Contributions to Books (2024)] 永山翔太. ""量子インターネット."" 書籍「インターネット白書2024」, 株式会社インプレス. Feb. 2024.
  16. [Workshops, Conferences Without Proceedings & Posters (2024)] Amin Taherkhani, Kentaro Teramoto, Andrew Todd, Rodney Van Meter, & Shota Nagayama. ""A Scalable Framework for Automation of Quantum Network Experiments,"" 2024 IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering (QCE), Montreal, Canada, 2024, pp. 624-625, doi: 10.1109/QCE60285.2024.10436.
  17. [Workshops, Conferences Without Proceedings & Posters (2024)] Michal Hajdušek, Rod Van Meter, Monet Tokuyama, Akihito Soeda, & Shota Nagayama. ""Timing regime in Quantum networks."" IETF119 QIRG. Mar. 2024.
  18. [Workshops, Conferences Without Proceedings & Posters (2024)] Rodney Van Meter, Ryosuke Satoh, Makoto Nakai, & Shota Nagayama. IETF119 QIRG. Mar. 2024. (Brief report/session)
  19. [Domestic Activities in Japan (Academic) (2024)] 永山翔太. ""量子通信のビジョン."" 電子情報通信学会コミュニケーションシステム（CS）研究会, Jan. 2024.
■センター活動を通じて特に成果を挙げた事柄

日本の量子ネットワークテストベッドの成果に関する論文を投稿した。また、IEEEの学会で招待講演・招待論文を発表した。

2023年度事業報告

■当該年度事業計画に対する実施内容、および研究成果と達成度

量子インターネットにおける、多ホップで効率的に通信するためのプロトコルやアーキテクチャを提案する研究成果を多数あげ、実装を開始した。量子光学系の構築は予算・人員の都合により研究開発においては小規模にしか行えないため、シミュレータの開発も合わせて行っている。どちらも予定通り進捗している。

■公刊論文数（件数と主たる公刊誌名）、学会発表件数（国内・国際）、イベントなど社会貢献の実績（年月日、場所）
  • Michal Hajduˇsek and Rodney Van Meter, Quantum Communications, https://arxiv.org/abs/2311.02367
  • Ananda G Maity, Joshua CA Casapao, Naphan Benchasattabuse, Michal Hajdusek, Rodney Van Meter, David Elkouss, "Noise estimation in an entanglement distillation protocol", ACM SIGMETRICS Per-
  • formance Evaluation Review, 51(2), Oct. 2023
  • Naphan Benchasattabuse, Michal Hajduˇsek, Rodney Van Meter, "Protocols for all-photonic quantum repeaters" (poster), 2023 IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering (QCE), Sept. 2023
  • Kentaro Teramoto, Michal Hajdusek, Toshihiko Sasaki, Rodney Van Meter, Shota Nagayama, "RuleSet-based Recursive Quantum Internetworking", Proceedings of the 1st Workshop on Quantum Networks and Distributed Quantum Computing, Sept. 2023
  • Sitong Liu, Naphan Benchasattabuse, Darcy QC Morgan, Michal Hajduˇsek, Simon J Devitt, Rodney Van Meter, "A Substrate Scheduler for Compiling Arbitrary Fault-tolerant Graph States", 2023
  • IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering (QCE), Sept. 2023
  • Poramet Pathumsoot, Theerapat Tansuwannont, Naphan Benchasattabuse, Ryosuke Satoh, Michal Hajduˇsek, Poompong Chaiwongkhot, Sujin Suwanna, Rodney Van Meter, "Hybrid Error-Management Strategies in Quantum Repeater Networks", arXiv preprint arXiv:2303.10295
■センター活動を通じて特に成果を挙げた事柄

日本の量子ネットワークテストベッドが始動した。

2022年度事業報告

■当該年度事業計画に対する実施内容、および研究成果と達成度

JSTムーンショット型研究開発プログラム目標6のプロジェクトマネージャーに永山が採択され、外部資金を得た。また、量子インターネットの構成要素を洗い出し、現状の構成部品におけるパフォーマンスの予測値の算出ならびに計画の厳密化を行った。これを元に、量子ネットワークのテストベッド計画を遂行している。

■公刊論文数（件数と主たる公刊誌名）、学会発表件数（国内・国際）、イベントなど社会貢献の実績（年月日、場所）

・インターネットドラフト（RFC化の承認済み）
Wojciech Kozlowski, Stephanie Wehner, Rodney Van Meter, Bruno Rijsman, Angela Sara Cacciapuoti, Marcello Caleffi, and Shota Nagayama. Architectural Principles for a Quantum Internet. Internet-Draft draft-irtfqirg-principles-011, Internet Engineering Task Force, 2022.

・論文
(1) Rodney Van Meter, Ryosuke Satoh, Naphan Benchasattabuse, Kentaro Teramoto, Takaaki Matsuo, Michal Hajdušek, Takahiko Satoh, Shota Nagayama, Shigeya Suzuki. A quantum internet architecture. 2022 IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering (QCE) pp. 341-352, 2022
(2) R. Satoh et al., "QuISP: a Quantum Internet Simulation Package," 2022 IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering (QCE), Broomfield, CO, USA, 2022, pp. 353-364, doi: 10.1109/QCE53715.2022.00056.

・イベント
QITFとMS（ムーンショット）永山プロジェクト合同のシンポジウムを開催した。

SDGs

9. 産業と技術革新の基盤をつくろう 9. 産業と技術革新の基盤をつくろう

設置期間

2024年4月1日～2026年3月31日

メンバー

◎印は研究代表者

氏名 所属研究機関 職位 研究分野・関心領域
◎ ロドニー・バンミーター 環境情報学部　専門 教授 量子計算、ムーアの法則後のコンピューター・アーキテクチャ、ディストリビュテド・マス・ストレージ・システム
武岡　正裕 理工学部 電気情報工学科 教授 量子通信理論・量子光
永山　翔太 メディアデザイン研究科 准教授 量子インターネット全般
楠本　博之 環境情報学部 教授 コンピュータネットワーク
鈴木　茂哉 政策・メディア研究科 特任教授 ソフトウェア、通信工学、 情報学基礎論
佐藤　貴彦 理工学部　情報工学科 准教授 量子コンピュータアーキテクチャ、量子ネットワークアーキテクチャ
ミカル・ハイドゥシェク 政策・メディア研究科 特任准教授 量子力学
村井　純 KGRI 特任教授 情報ネットワーク、マルチメディア・データベース、情報セキュリティ