量子放大的M/G/1/K模拟:针对任意服务分布的比较器控制框架
有限容量的单服务器队列(具有通用服务时间分布)构成了众多现实世界系统的核心基础设施,包括网络路由器、医疗保健设施和边缘-云计算架构。然而,当服务变异性或所需精度增加时,传统仿真方法对阻塞概率、延迟等性能指标的模拟会面临计算量爆炸的难题。该研究团队首次提出了一套完整的量子电路方案,用于模拟任意服务时间规律下的M/G/1/K队列。 该电路架构通过对数深度的𝑅𝑦旋转阶梯对服务分布进行编码,并采用比较器控制相位门实现缓冲区约束,同时保持振幅放大的二次加速特性。以Grover迭代为核心的计算方法聚焦于估计系统中的平均顾客数量,可证明实现𝑂(√𝑁)量级的方差缩减(其中𝑁表示测量次数),并能获得闭式置信区间。基于IBM量子模拟器的实证评估显示:在四种不同服务分布和三种流量强度下,四量子比特系统保真度超过0.99,十量子比特系统保真度高于0.76;Jensen-Shannon散度全程低于0.11。当系统负载接近容量极限时,等待时间估计误差降低一个数量级,在高达63量子比特的寄存器支持下,高流量状态下的误差始终控制在3%以内。 这些成果首次建立了有限缓冲区非马尔可夫排队系统的端到端量子仿真框架,为面向服务体系架构的量子加速性能分析奠定了实践基础。
量科快讯
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