波分复用量子网络中的比例公平调度器
量子物理
2025-07-21 v1 网络与互联网体系结构
性能
摘要
我们探讨了量子网络中的最优泵浦策略问题。这些网络通过向用户（或节点）对分发纠缠光子对来实现安全通信。量子密钥分发（QKD）协议（如 BBM92）从纠缠光子生成密钥。虽然安全通信和纠错对于任何量子通信信道都是必不可少的，但资源竞争、优化和公平性问题对网络至关重要。在本文中，我们分析了量子网络的性能，并提出了用于生成密钥的 QKD 网络的简单分布式算法。在 QKD 网络中泵浦纠缠光子具有显著优势，但在实际实现中面临挑战。底层信道本质上是时变的，因此节点间的数据速率会波动。此外，多条边（节点对）可以同时被泵浦，但代价是密钥率（SKR）降低。这些时间和空间约束产生了一个复杂的决策问题，其解决方案可能偏向少部分用户对，从而损害整体和长期的网络性能。我们设计了应对 QKD 网络中这些挑战的自适应泵浦策略。特别地，我们发现比例公平泵浦策略（PF-PS）脱颖而出，它通过动态优先考虑平均密钥率较低的用户，最优地平衡了公平性与吞吐量。所提出的算法是部署在 4G LTE 和 5G 移动网络中的比例公平调度器在量子网络上的自然扩展。理论分析和数值模拟均证实 PF-PS 对纠缠态分发是最优的，因此，经过适当调整后，比例公平泵浦是量子网络中高效资源分配的有力候选方案。
引用
@article{arxiv.2507.13999,
title = {The Proportional Fair Scheduler in Wavelength-Multiplexed Quantum Networks},
author = {Sanidhay Bhambay and Siddarth Koduru Joshi and Thirupathaiah Vasantam and Neil Walton},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.13999},
year = {2025}
}