[发明专利]基于量子网络的先请求先服务纠缠路由方法和装置

说明书

本申请涉及一种基于量子网络的先请求先服务纠缠路由方法及装置。所述方法包括：将量子纠缠分发网络抽象为一个有向图模型，有向图包括节点集、边集和链路损耗矩阵集；利用改进的Dijkstra算法依次找到从纠缠光子源到每个配对用户的最低损耗路径，构建锁定函数将路由路径中所有节点的相关输入输出端口标记为使用状态，构建释放函数，当第一用户节点和第二用户节点请求释放路径资源时，利用释放函数释放第一路由路径和第二路由路径消耗的纠缠网络链路资源。采用本方法能够提高纠缠分发网络路由效率。

技术领域

本申请涉及数据处理技术领域，特别是涉及一种基于量子网络的先请求先服务纠缠路由方法、装置、计算机设备和存储介质。

背景技术

量子网络可以生成、交换和处理量子信息。通过建立远距离的纠缠连接，量子网络可以支持大量经典网络无法实现的重要应用，例如高度安全的通信，分布式量子计算，远程量子时钟同步和分布式量子传感。

到目前为止，许多可信中继量子网络已经成功实现，例如DARPA量子网络、SECOQCQKD网络、东京QKD网络，以及超过4,600公里的空对地量子网络。尽管可信中继量子网络迈出了通往量子互联网第一步，但其不允许端到端的量子比特传输。另一方面，现阶段构建量子存储网络仍面临着诸多挑战，主要来源于整体存储和检索效率的技术瓶颈。目前，量子网络现在已经步入纠缠分发网络阶段。

建立纠缠连接一直是大规模长距离量子网络中的关键挑战。为了解决这个问题，一个使用密集波分复用策略的全连接网络在2018年被首次提出。然而，n个用户需要O(n2)个波长通道的特点使该网络难以扩展到大规模的用户。之后，一个采用无源分束器和密集波分复用器的城域范围全连接量子网络在2020年被成功部署，并将网络对波长通道的要求降低到O(n)。最近，利用波长选择开关(WSS)进行自适应带宽管理的灵活可配置纠缠网络被提出，从而满足了特定拓扑网络中远距离用户的动态连接需求。

然而，当前的量子网络路由算法只适用于未来的量子存储网络，无法直接应用于当前的纠缠分发网络，纠缠分发网络路由效率低。因此，在构建具有各种拓扑结构的大规模纠缠分发网络时，迫切需要一种采用主动波长复用的纠缠路由方案。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高纠缠分发网络路由效率的基于量子网络的先请求先服务纠缠路由方法、装置、计算机设备和存储介质。

一种基于量子网络的先请求先服务纠缠路由方法，所述方法包括：

步骤1：获取量子纠缠分发网络，将量子纠缠分发网络抽象成有向图；有向图包括节点集、边集和链路损耗矩阵集；节点集由纠缠光子源、用户和波长路由设备组成；边集包括节点之间的量子链路；链路损耗矩阵集为网络任意两点之间的链路损耗矩阵的集合；

步骤2：对节点集进行建模，得到节点集的向量表示；

步骤3：对边集进行建模，得到边集的向量表示，根据边集的向量表示对任意两点间的链路损耗矩阵进行推导，得到链路损耗矩阵集；

步骤4：根据第一用户节点请求的波长信道，利用改进后的Dijkstra算法对节点集中纠缠光子源节点到第一用户节点之间的路径进行计算，得到第一路由路径；

步骤5：构建锁定函数；利用锁定函数占用第一路由路径消耗的纠缠网络链路资源；锁定函数用于根据第一用户节点请求的波长通道和第一路由路径将第一路由路径中所有节点的相关输入输出端口标记为使用状态；

步骤6：根据第二用户节点请求的波长信道，利用改进后的Dijkstra算法对所述节点集中纠缠光子源节点到第二用户节点之间的路径进行计算，得到第二路由路径；

步骤7：利用锁定函数将第二路由路径中所有节点的相关输入输出端口标记为使用状态；