SPARQ：空间-空中-地面量子网络中高效纠缠分发与路由
量子物理
2024-09-20 v1 网络与互联网体系结构
摘要
本文开发了一种空间-空中-地面量子（SPARQ）网络，作为提供无需请求纠缠分发的手段。SPARQ 中的节点移动性为纠缠路由带来了显著挑战。现有量子路由算法侧重于固定地面节点，采用链路距离作为最优度量标准，这对于动态系统如 SPARQ 而言不现实。此外，与既有作品假设节点均匀不同，SPARQ 包含功能不同的异构节点，这进一步复杂化了纠缠分发。为解决纠缠路由问题，本文提出了深强化学习（RL）框架，并在 SPARQ 的多个图上使用深度 Q 网络（DQN）进行训练以考虑网络动态。随后，提出了一种第三方纠缠分发（TPED）策略，用于在通信方之间建立纠缠。设计了用于性能评估的真实量子网络模拟器。仿真结果表明，TPED 策略将纠缠保真度提高 3%，内存消耗降低 50%。结果还表明，所提出的 DQN 算法相对于最短路径基准将解决的传输请求数提高 39%，相对于基于长短期记忆（LSTM）的 RL 算法将纠缠保真度提高 2%。它还分别比两个最先进的基准提高 6% 和 9%。此外，SPARQ 相对于在快照上训练的 DQN 提高了纠缠保真度 15%。与仅覆盖空间和地面层的现有网络相比，SPARQ 将平均纠缠保真度提高 23.5%。
关键词
引用
@article{arxiv.2409.12891,
title = {SPARQ: Efficient Entanglement Distribution and Routing in Space-Air-Ground Quantum Networks},
author = {Mohamed Shaban and Muhammad Ismail and Walid Saad},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.12891},
year = {2024}
}