CN115865333A - 量子纠缠建立方法、装置及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种量子纠缠建立方法、装置及电子设备,涉及量子计算技术领域,具体涉及量子通信技术领域。具体实现方案为:通过第一协议,接收第一端节点发送的第一报文;基于第一报文携带的所述第一请求标识、所述第一路径、所述第一节点标识和所述纠缠特征信息,通过第二协议生成消息类型为第一消息类型的第二报文,并通过所述第一协议向所述第二端节点发送所述第二报文;基于所述中继节点相邻的两个节点的类型和所述纠缠特征信息,通过所述第二协议和/或第三协议,获取所述中继节点分别与所述两个节点之间的第一纠缠;通过所述第一协议,向所述第二端节点发送基于所述第一纠缠进行贝尔测量操作得到的测量结果。
Description
技术领域
本公开涉及量子计算技术领域,尤其涉及量子通信技术领域,具体涉及一种量子纠缠建立方法、装置及电子设备。
背景技术
量子网络是通过量子技术赋能经典网络的一种方式,通过对量子资源以及量子通信技术的使用,来提升经典网络的信息处理能力,加强信息传输的安全性,提供全新的互联网服务。
网络的基本服务是进行不同节点之间信息的传输与交互。经典网络中通常将需要传递的数据直接通过相连的信道进行传输。但是由于量子的退相干性、不可克隆性等特性,量子网络中的量子信息传输方式与经典网络中信息传输的方式不同。具体地,量子网络中在量子信息传输之前,需要先建立通信双方之间的纠缠对,之后基于该纠缠对使用量子隐形传态协议传输量子信息,以此克服环境对原始传输数据的影响。
目前,对于量子网络中通信双方的量子纠缠建立通常是从单个量子纠缠请求的响应来进行网络设计的。
发明内容
本公开提供了一种量子纠缠建立方法、装置及电子设备。
根据本公开的第一方面,提供了一种量子纠缠建立方法,应用于量子网络的中继节点,包括:
通过第一协议,接收第一端节点发送的第一报文,所述第一报文包括所述第一端节点发起的量子纠缠请求的第一请求标识、第一路径、第二端节点的第一节点标识和纠缠特征信息,所述第一协议用于确定所述量子网络在进行量子纠缠建立过程中报文的发送路径;
在确定所述第一请求标识对应的量子纠缠请求所需要的资源数不超过所述中继节点的处理能力的情况下,基于所述第一请求标识、所述第一路径、所述第一节点标识和所述纠缠特征信息,通过第二协议生成消息类型为第一消息类型的第二报文,并通过所述第一协议向所述第二端节点发送所述第二报文,所述第二协议用于对接收到的量子纠缠请求进行调度,所述第一消息类型用于标识量子纠缠请求的发送者发起量子纠缠请求;
在接收到所述第二端节点针对所述第二报文发送的消息类型为第二消息类型的第三报文的情况下,基于所述中继节点相邻的两个节点的类型和所述纠缠特征信息,通过所述第二协议和/或第三协议,获取所述中继节点分别与所述两个节点之间的第一纠缠,所述第二消息类型用于标识量子纠缠请求的接收者发起的资源预留请求,所述第三协议用于建立所述量子网络中相邻的两个节点之间的纠缠对;
通过所述第一协议,向所述第二端节点发送基于所述第一纠缠进行贝尔测量操作得到的测量结果,所述测量结果用于确定所述第一端节点与所述第二端节点之间量子纠缠的标准贝尔态。
根据本公开的第二方面,提供了一种量子纠缠建立方法,应用于量子网络的第一端节点,包括:
通过第四协议生成第十五报文,所述第四协议用于发起量子纠缠请求,所述第十五报文包括所述第一端节点发起的量子纠缠请求的第一请求标识、第一路径、第二端节点的第一节点标识和纠缠特征信息;
基于所述第一请求标识、所述第一路径、所述第一节点标识和所述纠缠特征信息,通过第二协议生成消息类型为第一消息类型的第一报文,所述第二协议用于根据端节点的角色类型和接收到的报文对应的消息类型对报文进行处理,所述第一消息类型用于标识量子纠缠请求的发送者发起量子纠缠请求;
通过第一协议向所述第二端节点发送所述第一报文,所述第一协议用于确定所述量子网络在进行量子纠缠建立过程中报文的发送路径;
在接收到所述第二端节点针对所述第一报文发送的消息类型为第二消息类型的第三报文的情况下,通过第三协议与相邻的下游节点建立第二纠缠,所述第三协议用于建立所述量子网络中相邻的两个节点之间的纠缠对,所述第二消息类型用于标识量子纠缠请求的接收者发起的资源预留请求;
在获取到第一目标报文的情况下,基于所述第二纠缠确定与所述第二端节点之间量子纠缠的标准贝尔态,所述第一目标报文指示所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成。
根据本公开的第三方面,提供了一种量子纠缠建立方法,应用于量子网络的第二端节点,包括:
接收第一端节点通过第一协议发送的第一报文,所述第一报文由所述第一端节点通过第四协议和第二协议生成,所述第一协议用于确定所述量子网络在进行量子纠缠建立过程中报文的发送路径,所述第二协议用于根据端节点的角色类型和接收到的报文对应的消息类型对报文进行处理,所述第四协议用于发起量子纠缠请求,所述第一报文包括所述第一端节点发起的量子纠缠请求的第一请求标识、第一路径、所述第二端节点的第一节点标识和纠缠特征信息;
基于所述第一请求标识、所述第一路径、所述第一节点标识和所述纠缠特征信息,通过所述第一协议、所述第二协议和所述第四协议,生成消息类型为第二消息类型的第三报文,所述第二消息类型用于标识量子纠缠请求的接收者发起的资源预留请求;
通过所述第一协议向所述第一端节点返回所述第三报文,并通过第三协议与相邻的上游节点建立第三纠缠,所述第三协议用于建立所述量子网络中相邻的两个节点之间的纠缠对;
在获取到第二目标报文的情况下,基于所述第三纠缠确定与所述第一端节点之间量子纠缠的标准贝尔态,所述第二目标报文指示所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成。
根据本公开的第四方面,提供了一种量子纠缠建立装置,应用于量子网络的中继节点,包括:
第一接收模块,用于通过第一协议,接收第一端节点发送的第一报文,所述第一报文包括所述第一端节点发起的量子纠缠请求的第一请求标识、第一路径、第二端节点的第一节点标识和纠缠特征信息,所述第一协议用于确定所述量子网络在进行量子纠缠建立过程中报文的发送路径;
第一生成模块,用于在确定所述第一请求标识对应的量子纠缠请求所需要的资源数不超过所述中继节点的处理能力的情况下,基于所述第一请求标识、所述第一路径、所述第一节点标识和所述纠缠特征信息,通过第二协议生成消息类型为第一消息类型的第二报文,所述第一消息类型用于标识量子纠缠请求的发送者发起量子纠缠请求,所述第二协议用于对接收到的量子纠缠请求进行调度;
第一发送模块,用于通过所述第一协议向所述第二端节点发送所述第二报文;
第一获取模块,用于在接收到所述第二端节点针对所述第二报文发送的消息类型为第二消息类型的第三报文的情况下,基于所述中继节点相邻的两个节点的类型和所述纠缠特征信息,通过所述第二协议和/或第三协议,获取所述中继节点分别与所述两个节点之间的第一纠缠,所述第二消息类型用于标识量子纠缠请求的接收者发起的资源预留请求,所述第三协议用于建立所述量子网络中相邻的两个节点之间的纠缠对;
第二发送模块,用于通过所述第一协议,向所述第二端节点发送基于所述第一纠缠进行贝尔测量操作得到的测量结果,所述测量结果用于确定所述第一端节点与所述第二端节点之间量子纠缠的标准贝尔态。
根据本公开的第五方面,提供了一种量子纠缠建立装置,应用于量子网络的第一端节点,包括:
第七生成模块,用于通过第四协议生成第十五报文,所述第四协议用于发起量子纠缠请求,所述第十五报文包括所述第一端节点发起的量子纠缠请求的第一请求标识、第一路径、第二端节点的第一节点标识和纠缠特征信息;
第八生成模块,用于基于所述第一请求标识、所述第一路径、所述第一节点标识和所述纠缠特征信息,通过第二协议生成消息类型为第一消息类型的第一报文,所述第二协议用于根据端节点的角色类型和接收到的报文对应的消息类型对报文进行处理,所述第一消息类型用于标识量子纠缠请求的发送者发起量子纠缠请求;
第八发送模块,用于通过第一协议向所述第二端节点发送所述第一报文,所述第一协议用于确定所述量子网络在进行量子纠缠建立过程中报文的发送路径;
第一建立模块,用于在接收到所述第二端节点针对所述第一报文发送的消息类型为第二消息类型的第三报文的情况下,通过第三协议与相邻的下游节点建立第二纠缠,所述第三协议用于建立所述量子网络中相邻的两个节点之间的纠缠对,所述第二消息类型用于标识量子纠缠请求的接收者发起的资源预留请求;
第一确定模块,用于在获取到第一目标报文的情况下,基于所述第二纠缠确定与所述第二端节点之间量子纠缠的标准贝尔态,所述第一目标报文指示所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成。
根据本公开的第六方面,提供了一种量子纠缠建立装置,应用于量子网络的第二端节点,包括:
第五接收模块,用于接收第一端节点通过第一协议发送的第一报文,所述第一报文由所述第一端节点通过第四协议和第二协议生成,所述第一协议用于确定所述量子网络在进行量子纠缠建立过程中报文的发送路径,所述第二协议用于根据端节点的角色类型和接收到的报文对应的消息类型对报文进行处理,所述第四协议用于发起量子纠缠请求,所述第一报文包括所述第一端节点发起的量子纠缠请求的第一请求标识、第一路径、所述第二端节点的第一节点标识和纠缠特征信息;
第十生成模块,用于基于所述第一请求标识、所述第一路径、所述第一节点标识和所述纠缠特征信息,通过所述第一协议、所述第二协议和所述第四协议,生成消息类型为第二消息类型的第三报文,所述第二消息类型用于标识量子纠缠请求的接收者发起的资源预留请求;
第九发送模块,用于通过所述第一协议向所述第一端节点返回所述第三报文;
第二建立模块,用于通过第三协议与相邻的上游节点建立第三纠缠,所述第三协议用于建立所述量子网络中相邻的两个节点之间的纠缠对;
第二确定模块,用于在获取到第二目标报文的情况下,基于所述第三纠缠确定与所述第一端节点之间量子纠缠的标准贝尔态,所述第二目标报文指示所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成。
根据本公开的第七方面,提供了一种电子设备,包括:
至少一个处理器;以及
与至少一个处理器通信连接的存储器;其中,
存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令,该指令被至少一个处理器执行,以使至少一个处理器能够执行第一方面中的任一项方法,或者执行第二方面中的任一项方法,或者执行第三方面中的任一项方法。
根据本公开的第八方面,提供了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质,该计算机指令用于使计算机执行第一方面中的任一项方法,或者执行第二方面中的任一项方法,或者执行第三方面中的任一项方法。
根据本公开的第九方面,提供了一种计算机程序产品,包括计算机程序,该计算机程序在被处理器执行时实现第一方面中的任一项方法,或者执行第二方面中的任一项方法,或者执行第三方面中的任一项方法。
根据本公开的技术解决了量子网络的请求调度性能比较差的问题,可以提高量子网络对量子纠缠请求的调度性能。
应当理解,本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征,也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
附图用于更好地理解本方案,不构成对本公开的限定。其中:
图1是根据本公开第一实施例的量子纠缠建立方法的流程示意图;
图2是量子网络的网络架构中的协议栈示意图;
图3是一个端到端的量子纠缠请求在加入请求队列失败而被拒绝的处理流程示意图;
图4是一个端到端的量子纠缠请求因超出中继节点R1的处理能力而被拒绝的处理流程示意图;
图5是本公开提供的一具体示例的量子纠缠建立方法的流程示意图;
图6是根据本公开第二实施例的量子纠缠建立方法的流程示意图;
图7是根据本公开第三实施例的量子纠缠建立方法的流程示意图;
图8是根据本公开第四实施例的量子纠缠建立装置的结构示意图;
图9是根据本公开第五实施例的量子纠缠建立装置的结构示意图;
图10是根据本公开第六实施例的量子纠缠建立装置的结构示意图;
图11是用来实施本公开的实施例的示例电子设备的示意性框图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明,其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解,应当将它们认为仅仅是示范性的。因此,本领域普通技术人员应当认识到,可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改,而不会背离本公开的范围和精神。同样,为了清楚和简明,以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
第一实施例
量子网络通过将量子通信技术应用于传统网络结构,从而实现量子信息处理系统或节点之间的互联,增强了传统网络的信息处理能力的同时也提高了通信的安全性。
在量子网络中,可以通过建立两个端节点之间的纠缠对,来建立两个端节点之间的量子纠缠,目的是建立两个端节点之间通信的虚拟通道,使得两个端节点之间可以通过量子隐形传态协议传输量子信息,以此克服环境对原始传输数据的影响。因此,量子纠缠可以成为量子网络中的一种基本资源,量子纠缠分发(目的是建立两个端节点之间的量子纠缠)也成为量子网络中最基本的一项服务。
如图1所示,本公开提供一种量子纠缠建立方法,应用于量子网络的端节点,包括如下步骤:
步骤S101:通过第一协议,接收第一端节点发送的第一报文,所述第一报文包括所述第一端节点发起的量子纠缠请求的第一请求标识、第一路径、第二端节点的第一节点标识和纠缠特征信息,所述第一协议用于确定所述量子网络在进行量子纠缠建立过程中报文的发送路径;
步骤S102:在确定所述第一请求标识对应的量子纠缠请求所需要的资源数不超过所述中继节点的处理能力的情况下,基于所述第一请求标识、所述第一路径、所述第一节点标识和所述纠缠特征信息,通过第二协议生成消息类型为第一消息类型的第二报文,并通过所述第一协议向所述第二端节点发送所述第二报文,所述第二协议用于对接收到的量子纠缠请求进行调度,所述第一消息类型用于标识量子纠缠请求的发送者发起量子纠缠请求;
步骤S103:在接收到所述第二端节点针对所述第二报文发送的消息类型为第二消息类型的第三报文的情况下,基于所述中继节点相邻的两个节点的类型和所述纠缠特征信息,通过所述第二协议和/或第三协议,获取所述中继节点分别与所述两个节点之间的第一纠缠,所述第二消息类型用于标识量子纠缠请求的接收者发起的资源预留请求,所述第三协议用于建立所述量子网络中相邻的两个节点之间的纠缠对;
步骤S104:通过所述第一协议,向所述第二端节点发送基于所述第一纠缠进行贝尔测量操作得到的测量结果,所述测量结果用于确定所述第一端节点与所述第二端节点之间量子纠缠的标准贝尔态。
本实施例中,量子纠缠建立方法涉及量子计算技术领域,尤其涉及量子通信技术领域,其可以广泛应用于量子通信场景下。本公开实施例的量子纠缠建立方法,可以由本公开实施例的量子纠缠建立装置执行。本公开实施例的量子纠缠建立装置可以配置在任意电子设备中,以执行本公开实施例的量子纠缠建立方法。该电子设备可以为量子网络的中继节点对应的设备。
本实施例的量子纠缠建立方法应用于量子网络中,该量子网络中可以包括第一端节点、第二端节点和中继节点,第一端节点可以为量子纠缠请求的发起节点,第二端节点可以为与第一端节点端到端量子通信的节点。
其中,第一端节点和第二端节点统称为量子网络的端节点,量子网络中可以包括多个端节点和多个中继节点,设量子网络中的两个端节点想要进行通信,可以请求使用量子纠缠来进行量子信息的传输。在某一段时间内,量子网络中产生了若干个这样的量子纠缠请求。
量子网络在对请求进行处理时,除了需要考虑与经典网络中具有的带宽、时延、丢包率等性能指标,还需要考虑一些具有量子通信特性的例如保真度、成功概率、退相干等因素。因此,经典网络中的结构和设计往往无法直接应用于量子网络。
另外,当前业界对于量子网络架构的研究处于初级阶段,许多不同的网络架构和设计被研究者提出,但缺少一个统一的网络架构标准。而且现阶段对于量子网络中的量子纠缠分发的研究大多只研究网络对于单个请求的响应流程以及对应的性能参数,很少从整个网络的视角去分析当量子网络收到多个量子纠缠请求时的响应过程,以及不同节点在对多个请求进行响应这一过程中的性能参数。
本实施例的目的即是通过对量子网络的设计,使之能够对量子纠缠请求进行调度和执行,从而可以为量子网络处理调度多用户请求,并且保证对请求的尽力交付和网络性能的高效利用,高效且安全地为不同端节点建立端到端的量子纠缠,提高端节点之间的通信安全性。
其中,量子纠缠分发是基于量子纠缠分发协议如EntGen协议,利用纠缠源来分发链路上两个相邻节点之间的纠缠对,以建立链路上两个端节点之间的纠缠对,即建立两个端节点之间的量子纠缠。
该量子网络的网络架构中,中继节点搭载的协议栈可以有三层,从上到下分别为调度层、网络层和链路层,中继节点各自装载了包含三层协议的协议栈。
如图2所示,中继节点中,通过网络层的第一协议如Routing协议可以确定报文的发送路径,具体可以确定发送路径下与之相邻的下游节点。
通过调度层的第二协议如RMP协议可以对接收到的量子纠缠请求进行资源评估和调度,使之量子网络可以处理调度多用户的请求,实现整个网络层面上对多个请求的调度和响应,以保证网络正常工作和请求的正常交付。以及当执行量子纠缠请求时与存储纠缠的量子寄存器即纠缠池进行交互以为量子纠缠请求分配纠缠。
通过链路层的第三协议如EntGen协议可以与相邻节点建立纠缠对,以建立不同端节点之间的纠缠对。
相应的,端节点搭载的协议栈可以有四层,从上到下分别为应用层、调度层、网络层和链路层,端节点各自装载了包含四层协议的协议栈。
如图2所示,端节点中,通过应用层(位于协议栈顶层)的第四协议如App协议可以发起或处理量子纠缠请求。
通过调度层(位于协议栈第三层)的第二协议如RMP协议,根据端节点是请求发起者还是接收者,视情形将请求信息向下层或上层协议传递。
通过网络层(位于协议栈第二层)的第一协议如Routing协议可以确定报文的发送路径,具体可以确定发送路径下与之相邻的下游节点。
通过链路层(位于协议栈第一层)的第三协议如EntGen协议可以与相邻节点建立纠缠对,以建立不同端节点之间的纠缠对。
需要说明的是,量子网络的网络架构与每一层所使用的具体协议无关,例如,Routing协议中,路由表可以通过配置静态路由或者根据动态路由算法生成,EntGen协议可以使用任何具体的量子纠缠分发协议,甚至在不同相邻节点之间可以根据需要或者实验设备限制选择不同的量子纠缠分发协议。
另外,该量子网络的网络架构中,针对协议栈第二层的RMP协议,设计了RMPMessage消息的报文结构,如下表1所示,用以控制量子纠缠建立过程中调度层对于不同类型的消息采取的操作。RMPMessage消息的报文结构主要包含四个部分,分别是源节点、目的节点、消息处理协议和数据内容。
表1RMPMessage消息的报文结构表
源节点指的是消息的发送方,目的节点指的是消息的接收方,消息类型type可以设置在数据内容中,以指示不同类型的消息,并进行相应的处理行为。如表2所示,为一示例的量子纠缠建立过程中RMPMessage消息所涉及的消息类型,以下在阐述量子纠缠建立过程中对此进行详细说明。
表2量子纠缠建立过程中RMPMessage消息涉及的消息类型表
同样地,协议栈中位于RMP下层的Routing协议设置了相同的报文结构和类似的消息类型从而实现与RMP的交互,以实现对请求逐级进行处理。
量子网络的网络架构中,针对协议栈第二层的Routing协议,设计了RoutingMessage消息的报文结构,其报文结构与RMPMessage消息的报文结构相同,如下表3所示。
表3 RoutingMessage消息的报文结构表
如表4所示,为一示例的量子纠缠建立过程中RoutingMessage消息所涉及的消息类型,以下在阐述量子纠缠建立过程中对此进行详细说明。
表4量子纠缠建立过程中RoutingMessage消息所涉及的消息类型表
在步骤S101之前,若第一端节点需要与第二端节点建立量子纠缠,可以发起一个量子纠缠请求,自身协议栈中的App协议根据对应消息生成一个消息类型为第七消息类型PATH的RMPMessage消息(即第十五报文),如表5所示。其数据中可以包含请求的路径(第一路径)、纠缠数量、纠缠保真度(纠缠特征信息)、请求id(第一请求标识,用于区分不同请求的唯一标识)和第二端节点的第一节点标识等信息。
表5第十五报文的结构表
之后,该消息被传递到下层RMP协议进行处理,第一端节点的RMP协议判断消息类型为PATH后,根据PATH消息的数据生成一个消息类型为第一消息类型REQUEST的RoutingMessage消息(即第一报文),如表6所示,并传递给下层的Routing协议。
表6第一报文的结构表
第一端节点中Routing协议判断消息类型为REQUEST,判断与第二端节点之间是否存在直连信道,如果存在则通过直连信道来传输REQUEST消息,否则通过中继节点来传输REQUEST消息(第一报文)。
其中,该第一报文可以包括第一端节点发起的量子纠缠请求的第一请求标识、第一路径、第二端节点的第一节点标识和纠缠特征信息。
相应的,在第一端节点所发起的量子纠缠请求需要通过中继节点来传输到达第二端节点时,在步骤S101,中继节点即可以接收到第一端节点通过第一协议(即Routing协议)发送的第一报文。
在步骤S102中,中继节点收到REQUEST消息后,将自身加入REQUEST消息的路径信息中(即更新第一路径),同时判断第一请求标识对应的量子纠缠请求所需要的资源数是否超出该中继节点的处理能力,如判断纠缠特征信息对应的资源数、处理请求所需要的资源数、纠缠特征信息对应的纠缠保真度等是否超出该中继节点的处理能力。
在一可选实施方式中,可以通过Routing协议将其解包,根据其中的数据生成消息类型为PATH的RMPMessage消息向协议栈的上层传递。
上层的RMP协议收到PATH消息后,对该消息代表的量子纠缠请求进行评估。例如,如果所请求的纠缠特征信息对应的资源数不超出该中继节点的处理能力,则可以基于第一请求标识、第一路径、第一节点标识和纠缠特征信息,通过RMP协议生成一个与之前收到的REQUEST消息(即第一报文)内容一致的RoutingMessage消息(即消息类型为第一消息类型REQUEST的第二报文)向协议栈的下层传递。
其中,所请求的纠缠特征信息对应的资源数不超出该中继节点的处理能力可以是指所请求的纠缠特征信息对应的资源数不超出中继节点预先构建的纠缠池的最大容量,纠缠池所存储的是中继节点预先通过EntGen协议生成的纠缠对。
相应的,下层的Routing协议在确定消息类型为第一消息类型REQUEST的情况下,根据节点存储的路由表,将该消息向路径上的下一跳节点转发,以将第二报文向第二端节点发送。
这样,通过第一端节点和第二端节点之间的中继节点将REQUEST消息逐层转发,REQUEST消息可以到达第二端节点。
第二端节点收到REQUEST消息后,将自身加入消息的路径信息中(即更新第一路径),通过Routing协议根据REQUEST消息中的信息生成对应的消息类型为PATH的RMPMessage消息传递给协议栈上层。
RMP协议继续将PATH消息向上传递给协议栈上层,上层的App协议收到PATH消息之后,根据PATH消息中的第一请求标识、第一路径、第一节点标识和纠缠特征信息,生成一个消息类型为第三消息类型RESV的RMPMessage消息(如表7所示)向协议栈下层传递。
表7 RESV消息的结构表
位于下层的RMP收到RESV消息之后根据请求的数据信息生成一个消息类型为第二消息类型ACCEPT的RoutingMessage消息(即第三报文),如表8所示,并继续向协议栈的下层传递。
表8第三报文的结构表
位于下层的Routing协议收到ACCEPT消息时,根据消息中包含的路径信息,将ACCEPT消息向第二端节点的上一跳节点转发;同时启动本地的EntGen协议,等待与上游节点开始量子纠缠分发。
相应的,在步骤S103中,中继节点可以通过第一协议接收到第二端节点针对第二报文即REQUEST消息返回的第三报文即ACCEPT消息。
之后,可以基于该中继节点相邻的两个节点的类型和纠缠特征信息,通过第二协议和/或第三协议,获取中继节点分别与两个节点之间的第一纠缠。
中继节点收到ACCEPT消息后,通过Routing协议,首先判断该中继节点相邻的上游节点和下游节点的类型。如果中继节点相邻的两个节点中有端节点,则通过第三协议即EntGen协议立刻开始与其建立纠缠,以获取中继节点分别与其相邻的两个节点之间的第一纠缠。
如果相邻的两个节点中存在另一中继节点,则该中继节点可以通过Routing协议生成对应的RESV消息并向协议栈的上层传递。相应的,中继节点可以通过RMP协议,基于RESV消息对各个端节点且途径该中继节点的量子纠缠请求进行调度,并进行相应的资源管理。
当RMP调度处理第一请求标识对应的量子纠缠请求时,位于RMP下层的Routing协议可以收到调度消息,基于纠缠特征信息获取中继节点分别与其相邻的两个节点之间的第一纠缠。
在步骤S104中,在获取到两个第一纠缠的情况下,分别对这两个第一纠缠进行贝尔测量操作,生成测量结果,并通过Routing协议将其向第二端节点发送。
其中,贝尔测量操作可以称之为纠缠交换操作,即通过对第一路径中各个中继节点获取的纠缠进行贝尔测量操作,并将贝尔测量操作得到的测量结果发送给第二端节点,在各个中继节点均完成贝尔测量操作的情况下,即完成了第一端节点与第二端节点之间的纠缠对的建立,第一端节点和第二端节点之间的纠缠对包括第一端节点与相邻下游节点之间建立的纠缠和第二端节点与相邻上游节点之间建立的纠缠。
相应的,第二端节点可以将第一路径中各个中继节点发送的测量结果执行异或操作,基于异或操作的值可以确定第一端节点与第二端节点之间量子纠缠的标准贝尔态。
在一可选实施方式中,若异或操作的值均为0,则第一端节点交付的量子纠缠和第二端节点交付的量子纠缠均为标准的贝尔态。
在另一可选实施方式中,若异或操作的值存在1,则第二端节点交付的量子纠缠与标准的贝尔态(即之间相差一些局部的泡利Pauli X和Pauli Z门操作,第二端节点可以根据各个中继节点发送的测量结果进行异或操作,以获得标准的贝尔态。这些局部的泡利Pauli X和Pauli Z门操作可以在通信双方执行量子隐形传态协议之前或者之后执行。
本实施例中,通过对量子网络的设计,在中继节点上设计RMP协议,使之能够对端节点发起的量子纠缠请求进行调度和执行,从而可以为量子网络处理调度多用户请求,实现对量子网络中多个请求的调度和处理,并且保证对请求的尽力交付和网络性能的高效利用,高效且安全地为不同端节点建立端到端的量子纠缠,提高端节点之间的通信安全性。
并且,每个中继节点的RMP协议可以根据请求到达的时间和需要的资源数等参数对请求进行调度,从而实现整个网络层面上对多个请求的调度和响应,以保证网络正常工作和请求的正常交付。
可选的,所述步骤S103,具体包括以下至少一项:
在所述两个节点的类型包括第一类型的情况下,从预先构建的所述中继节点的N个纠缠池中的目标纠缠池,通过所述第二协议,获取与所述纠缠特征信息匹配的第一纠缠,所述目标纠缠池为所述第一路径中与所述中继节点的相邻中继节点对应的纠缠池,所述第一类型指示节点为中继节点,N为正整数;
在所述两个节点的类型包括第二类型的情况下,通过所述第三协议,与所述第一路径下所述中继节点的相邻端节点建立第一纠缠,所述第二类型指示节点为端节点。
本实施方式中,在整个量子网络中,每个中继节点中设置有存储纠缠对的结构,称为纠缠池。纠缠池以量子信息的形式存储相邻的两个中继节点之间生成的纠缠对,在一个中继节点中存在着若干纠缠池,不同的纠缠池中存储的纠缠对可以为途经不同链路的请求所使用。
纠缠池是对资源进行管理的一个重要的结构,与中继节点的RMP协议和Routing协议交互,向请求交付纠缠。而端节点不具有纠缠池结构,需要即时与中继节点之间生成纠缠,之后将纠缠存储至本地的量子存储器中。
也就是说,当中继节点相邻的两个节点的类型包括第一类型即中继节点相邻的两个节点中存在中继节点时,中继节点可以通过Routing协议生成对应的RESV消息并向协议栈的上层传递。相应的,中继节点可以通过RMP协议,基于RESV消息对各个端节点且途径该中继节点的量子纠缠请求进行调度,并进行相应的资源管理。
当RMP调度处理第一请求标识对应的量子纠缠请求时,位于RMP下层的Routing协议可以收到调度消息,通过Routing协议,从预先构建的中继节点的N个纠缠池中目标纠缠池,获取与纠缠特征信息匹配的第一纠缠。其中,目标纠缠池为第一路径下与该中继节点的相邻中继节点对应的纠缠池,即该中继节点与其相邻的中继节点链路对应的纠缠池。
如此,通过纠缠池结构和RMP协议,可以实现对网络资源的管理和分配,可以提高量子网络对请求交付纠缠的速度,保证对请求的尽力交付,提高网络中不同节点在对多个请求进行响应时的性能参数。
当中继节点相邻的两个节点的类型包括第二类型即中继节点相邻的两个节点中存在端节点时,则该中继节点可以通过第三协议即EntGen协议立刻开始与其建立纠缠。
如此,该中继节点可以根据中继节点相邻的两个节点的类型,采取不同的操作,以实现中继节点分别与两个节点之间的第一纠缠的获取,保证网络对于纠缠分发的正常工作。
需要说明的是,中继节点的纠缠池和端节点的量子存储器都具有较为良好的量子信息存储能力,可保持较长的量子相干时间,交付的纠缠对能够保证满足给定的保真度。
可选的,所述从预先构建的所述中继节点的N个纠缠池中的目标纠缠池,通过所述第二协议,获取与所述纠缠特征信息匹配的第一纠缠,包括:
通过所述第一协议生成消息类型为第三消息类型的第四报文,所述第三消息类型用于标识量子纠缠请求的接收者发起的资源预留请求,所述第四报文携带有所述纠缠特征信息和所述第一请求标识;
在通过所述第二协议确定预先构建的请求队列中的请求数量小于第一预设阈值的情况下,将所述第四报文添加至所述请求队列中;
在从所述请求队列中获取到所述第一请求标识对应的所述第四报文的情况下,从所述目标纠缠池中获取与所述纠缠特征信息匹配的第一纠缠。
本实施方式中,如果中继节点相邻的至少一侧是中继节点,Routing协议可以生成消息类型为第三消息类型的RESV消息(即第四报文),并向协议栈的上层传递。
RMP收到RESV消息时,可以判断预先构建的请求队列中的请求数量是否达到第一预设阈值,如果没有达到,则可以将RESV消息加入请求队列中(即将第四报文对应的请求加入至请求队列中)。其中,第一预设阈值可以根据实际情况设置,这里不进行具体限定。
本实施方式设计请求队列这一结构来实现请求的接收、调度和处理。当一个中继节点收到请求时,Routing协议判断执行该请求是否需要纠缠池的协助,如果需要则将请求向协议栈上层传输,如果不需要则通知协议栈下层的EntGen协议开始建立纠缠。上层的RMP协议在收到请求后,可以将请求(如将请求的RESV消息)加入请求队列中。如此,在中继节点收到RESV消息时,可以将其加入请求队列中等待调度,通过固定容量的请求队列对中继节点的流量进一步限制。
每个中继节点的RMP协议可以根据请求到达的时间和需要的资源数等参数对请求进行调度。请求队列可以遵循先入先出的原则或者其他调度原则确定请求的执行顺序,并实时监控中继节点是否处于处理请求的状态。如果中继节点处于空闲状态,则抛出一个请求进行处理。中继节点在每个请求处理结束后,也会通知请求队列抛出下一个请求。
当请求队列抛出一个请求时,如抛出一个第一请求标识对应的请求时,即中继节点可以从请求队列中获取到第一请求标识对应的第四报文。相应的,该中继节点即可以从目标纠缠池中获取与纠缠特征信息匹配的第一纠缠。
如此,通过设计一种对量子网络进行资源管理和请求调度的网络结构,即通过设计RMP协议和请求队列,使得中继节点可以结合RMP协议和请求队列实现对量子纠缠请求的数量评估和有序调度处理,从而有利于高效发挥网络的性能和保证用户服务的质量,具有重要的理论和实际意义。
可选的,所述方法还包括:
在通过所述第二协议确定所述请求队列中的请求数量大于或等于所述第一预设阈值的情况下,通过所述第二协议生成两条消息类型为第四消息类型的第五报文,所述第四消息类型用于标识资源预留请求被所述中继节点拒绝,所述第五报文携带有错误类型字段,所述错误类型字段用于指示报文的发送方向;
基于所述第五报文中所述错误类型字段的值,通过所述第一协议向所述量子网络中所述第一请求标识对应的端节点发送所述第五报文。
本实施方式中,上层的RMP协议在收到请求后,如果判断请求队列满(即确定请求队列中的请求数量大于或等于第一预设阈值),RMP协议认为此时中继节点繁忙无法处理请求,会导致第四报文加入请求队列失败,中继节点拒绝第四报文对应的量子纠缠请求,生成相关拒绝消息并调用Routing协议将其向上游节点和下游方向发送。
此时,可以通过RMP协议生成两条消息类型为第四消息类型REJECT的RoutingMessage消息(即第五报文),如表9和表10所示。
表9一个第五报文的结构表
表10另一个第五报文的结构表
两条REJECT消息的源节点都是当前中继节点(以中继节点Rp为例),而目的节点则分别是Alice和Bob。
除此之外,两个第五报文即两条REJECT消息均可以携带有错误类型字段,数据内容中错误类型字段err_type的值可以分别设置为2和3。RMP协议可以将REJECT消息向协议栈的下层传递。
协议栈中位于RMP下层的Routing协议收到来自RMP协议消息之后,根据消息类型采取不同的操作。
在一场景中,如果收到REJECT消息,Routing协议首先判断其数据内容中的错误类型字段err_type,如果REJECT消息的err_type=2,并且目的节点是Alice(即第一端节点),那么Routing协议将该REJECT消息向上一跳节点转发,以向第一端节点发送。
如果err_type=3,并且目的节点是Bob(即第二端节点),那么Routing协议将该REJECT消息向下一跳节点转发,以向第二端节点发送。相应的,该中继节点的下游节点在接收到该REJECT消息的情况下,可以通过Routing协议根据此REJECT消息生成一条消息类型为REJECT的RMPMessage消息向协议栈上层传递。上层的RMP协议在收到REJECT消息时使用消息中的请求id字段检查自己的请求队列中是否存在相同请求对应的RESV消息,如果有则将其丢弃,如果没有则意味着该请求在当前中继节点已经执行完毕,则将该请求对应的纠缠记录为无效纠缠(即纠缠的状态记录为无效),并将该无效纠缠的消息同步给第二端节点Bob。
一个端到端的量子纠缠请求在加入请求队列失败而被拒绝的处理流程如图3所示。其中,该图是量子纠缠请求在中继节点R2加入请求队列失败后的通信流程图,如图3所示,上标1表示当请求在中继节点R2试图加入请求队列失败时,中继节点R2的RMP协议生成两个REJECT消息向下传递,Routing协议将这两个REJECT消息分别向上/下游传输。上标2表示如果此时请求队列中不存在该请求,意味着该请求已经被调度并交付,此时中继节点R3可以将该请求对应纠缠记录为无效纠缠。
如此,通过设计REJECT消息用于通知到达中继节点的量子纠缠请求被拒绝,这样可以对中继节点的资源进行有效管理,保证对请求进行有效处理,且保证请求的高效处理。
可选的,所述方法还包括:
在接收到消息类型为第四消息类型的第六报文,且所述第六报文携带的错误类型字段的值为第一目标值的情况下,若在所述请求队列中查询到所述第六报文携带的第二请求标识对应的报文,则删除所述请求队列中所述第二请求标识对应的报文;
若在所述请求队列中未查询到所述第六报文携带的第二请求标识对应的报文,则将所述第二请求标识对应的纠缠记录为无效纠缠。
本实施方式中,该中继节点可以根据队列请求的情况发送携带有第一请求标识的REJECT消息,其他中继节点也可以根据队列请求的情况发送REJECT消息,在该中继节点接收到携带有第二请求标识的REJECT消息(即第六报文)时,可以判断该REJECT消息携带的错误类型字段的值,若该REJECT消息携带的错误类型字段的值为第一目标值(比如,第一目标值为3),则该中继节点可以通过Routing协议根据此REJECT消息生成一条消息类型为REJECT的RMPMessage消息向协议栈上层传递。
上层的RMP协议在收到REJECT消息时使用REJECT消息中的请求id(即第二请求标识)检查自己的请求队列中是否存在相同请求对应的RESV消息,如果有则将其丢弃,如果没有则意味着该请求在当前中继节点已经执行完毕,则将该请求对应的纠缠记录为无效纠缠,并将该无效纠缠的消息同步给第二端节点Bob。如此,可以对中继节点的资源进行有效管理,保证网络的正常工作和其他请求的正常和准确交付。
可选的,所述将所述第四报文添加至所述请求队列之后,还包括:
通过所述第二协议,生成消息类型为所述第二消息类型的第七报文,所述第七报文携带有操作类型字段和所述第一路径,所述操作类型字段用于指示对报文的操作方式;
在确定所述操作类型字段的值为第二目标值的情况下,基于所述第一路径,通过所述第一协议向所述第一端节点发送所述第七报文。
本实施方式中,如果第四报文加入请求队列成功,则通过RMP协议生成消息类型为第二消息类型ACCEPT的RoutingMessage消息(即第七报文),向协议栈的下层传递,该ACCEPT消息可以包括操作类型字段和第一路径,该操作类型字段可以设置为‘Forward’。
协议栈中位于RMP下层的Routing协议收到来自RMP协议消息之后,根据消息类型采取不同的操作。如果收到ACCEPT消息,并且其操作类型字段的值为第二目标值如‘Forward’时,Routing协议根据ACCEPT消息中的路径信息,将ACCEPT消息向当前节点的上一跳节点转发,以向第一端节点发送,并等待请求被请求队列抛出。
如此,可以实现对请求的资源预留的同时,实现第二端节点的资源预留消息至第一端节点的转发,保证网络的正常运行。
可选的,所述将所述第四报文添加至所述请求队列之后,还包括:
通过所述第二协议生成消息类型为第五消息类型的第八报文,所述第八报文包括所述第一路径和所述第一节点标识,所述第五消息类型用于标识所述中继节点成功将资源预留请求加入所述请求队列;
基于所述第一路径和所述第一节点标识,通过所述第一协议向所述第二端节点发送所述第八报文。
本实施方式中,如果第四报文加入请求队列成功,则通过RMP协议生成消息类型为第五消息类型CONF的RoutingMessage消息(即第八报文),如表11所示,作为请求在当前中继节点成功加入请求队列的凭证向协议栈的下层传递。
表11第八报文的结构表
协议栈中位于RMP下层的Routing协议收到来自RMP协议消息之后,根据消息类型采取不同的操作。如果收到CONF消息,则根据CONF消息中目的节点和路径信息,将CONF消息向下一跳节点转发。下游节点收到CONF消息后会直接将其转发,直到CONF消息到达第二端节点Bob处。
如此,通过设计CONF消息作为量子纠缠请求被接受的反馈机制,可以实现网络的正常运行。
可选的,所述在从所述请求队列中获取到所述第一请求标识对应的所述第四报文的情况下,从所述目标纠缠池中获取与所述纠缠特征信息匹配的第一纠缠,包括:
在从所述请求队列中获取到所述第一请求标识对应的所述第四报文的情况下,基于所述第四报文,通过所述第二协议生成消息类型为所述第二消息类型的第九报文,所述第九报文携带有操作类型字段;
在确定所述操作类型字段的值为第三目标值的情况下,通过所述第一协议从所述目标纠缠池中获取与所述纠缠特征信息匹配的第一纠缠。
本实施方式中,当请求队列抛出一个请求时,如中继节点从请求队列中获取到第一请求标识对应的第四报文时,该中继节点可以通过RMP根据请求队列中抛出的RESV消息,生成一个消息类型为第二消息类型ACCEPT的RoutingMessage消息(即第九报文),该ACCEPT消息可以包括操作类型字段,其操作类型字段的值可以设置为‘Operate’,向协议栈下层传递。
位于RMP下层的Routing协议收到代表请求被调度的ACCEPT消息,确认其操作类型字段的值为第三目标值如‘Operate’后,根据该中继节点相邻的两个节点的类型采取不同的操作,以通过第一协议从目标纠缠池中获取与纠缠特征信息匹配的第一纠缠。
如果中继节点Rp有一端是中继节点,而另一端是端节点,Routing协议将从中继节点端对应的目标纠缠池中取出第一纠缠,而另一端则通过启动EntGen协议建立与端节点之间的第一纠缠。
如此,可以实现通过请求队列调度量子纠缠请求,并通过纠缠池来实现中继节点对请求的纠缠交付,从而可以为量子网络处理调度多用户请求,有效管理网络资源。
可选的,所述通过所述第一协议从所述目标纠缠池中获取与所述纠缠特征信息匹配的第一纠缠之后,还包括以下至少一项:
在所述两个节点的类型均是所述第一类型的情况下,将从所述目标纠缠池分别获取的两个第一纠缠进行贝尔测量操作,得到测量结果;
在所述两个节点的类型分别是所述第一类型和所述第二类型的情况下,若查询到所述中继节点分别与所述两个节点完成纠缠分发,将从所述目标纠缠池获取的第一纠缠和通过所述第三协议建立的第一纠缠进行贝尔测量操作,得到测量结果。
本实施方式中,在中继节点相邻两个节点均是中继节点的情况下,在从目标纠缠池获取到两个第一纠缠时,可以对两个第一纠缠分别进行贝尔测量操作,得到测量结果。
在中继节点相邻两个节点中一个中继节点,另一个是端节点的情况下,在从目标纠缠池获取到第一纠缠时,可以查询另一侧的纠缠建立过程是否完成,如果完成,则对两个第一纠缠分别进行贝尔测量操作,得到测量结果,如果未完成,可以将从目标纠缠池获取的第一纠缠暂存在本地。同样地,另一侧第一纠缠建立完成时,也会查询纠缠池侧的纠缠是否完成交付,并采取相同的后续操作。
如此,可以实现网络的正常运行。
可选的,所述步骤S104具体包括:
通过所述第一协议,生成消息类型为第六消息类型的第十报文,所述第十报文包括所述第一路径和所述测量结果,所述第六消息类型用于标识所述中继节点根据与相邻两个节点的纠缠进行贝尔测量操作得到的测量结果;
基于所述第一路径,通过所述第一协议向所述第二端节点发送所述第十报文。
本实施方式中,在获取到测量结果的情况下,可以通过Routing协议,生成消息类型为第六消息类型OUTCOME的RoutingMessage消息(即第十报文),如表12所示,OUTCOME消息可以携带有第一路径和测量结果,根据OUTCOME消息传输的路径,将OUTCOME消息向第二端节点发送。
表12第十报文的结构表
如此,可以保证网络对不同端节点的纠缠分发工作正常运行。
可选的,所述方法还包括:
通过所述第一协议,对所述第一报文进行解析;
基于解析得到的第一请求标识、第一路径、第二端节点的第一节点标识和纠缠特征信息,通过所述第一协议生成消息类型为第七消息类型的第十一报文,所述第七消息类型用于标识发出量子纠缠请求;
在基于所述第十一报文确定所述纠缠特征信息对应的资源数超出预先构建的所述中继节点的N个纠缠池中目标纠缠池的最大容量,和/或,所述目标纠缠池中存储的纠缠对的保真度小于或等于所述纠缠特征信息对应的保真度的情况下,通过所述第二协议生成消息类型为第四消息类型的第十二报文;
在确定所述第十二报文携带的错误类型字段的值为第四目标值的情况下,基于所述第一路径,通过所述第一协议向所述第一端节点发送所述第十二报文。
本实施方式中,中继节点通过Routing协议收到REQUEST消息(即第一报文)后,可以将自身加入REQUEST消息的路径中,通过Routing协议将其解包,根据其中的数据(包括第一请求标识、第一路径、第二端节点的第一节点标识和纠缠特征信息)生成消息类型为第七消息类型PATH的RMPMessage消息(即第十一报文),向协议栈的上层传递。
上层的RMP协议收到PATH消息后,对该PATH消息代表的请求进行资源评估,如果纠缠特征信息对应的资源数超出了该中继节点的目标纠缠池(为量子纠缠请求的传输链路对应的纠缠池)的最大容量和/或目标纠缠池中存储的纠缠对的保真度小于或等于纠缠特征信息对应的保真度(即纠缠保真度),则把该PATH消息对应的量子纠缠请求拒绝。
此时,RMP协议可以生成一个消息类型为第四消息类型REJECT的RoutingMessage消息(即第十二报文),并在数据中设置错误类型字段的值为1,如表13所示,并向协议栈的下层传递。
表13第十二报文的结构表
下层的Routing根据收到的RoutingMessage的消息类型采取不同的操作。如果收到REJECT消息时,Routing协议判断错误类型字段的值是否为第四目标值如1,如果是,则根据REJECT消息中包含的路径信息将该REJECT消息向上一跳节点转发。上游路径上的中继节点收到REJECT消息之后直接将其向上游转发,直至REJECT消息到达第一端节点。
第一端节点收到REJECT消息时,可以将其逐层向上传递到App协议,App协议将该对应量子纠缠请求丢弃。
一个端到端的量子纠缠请求因超出中继节点R1的处理能力而被拒绝的处理流程如图4所示。如此,在中继节点的RMP协议收到PATH消息时,可以对量子纠缠请求进行粗略的评估,过滤掉超出中继节点处理能力的请求,实现对网络中的多个端到端的量子纠缠请求有效的调度和处理,提高网络的效率,并且适用场景更符合实际需求。
可选的,所述步骤S104之后,还包括:
接收所述第二端节点针对所述测量结果发送的消息类型为第八消息类型的第十三报文;
其中,所述第八消息类型用于标识所述第二端节点确认接收到所述中继节点发送的测量结果。
本实施方式中,第二端节点收到一个来自中继节点Rq的消息类型为OUTCOME的RoutingMessage消息(即第十报文)时,其Routing协议直接生成对应的消息类型为OUTCOME的RMPMessage消息向上层传递,RMP协议收到消息类型为OUTCOME的RMPMessage消息之后,对收到中继节点Rq的测量结果这一事件进行记录,并把OUTCOME消息继续向上层传输。
App协议收到OUTCOME消息之后将其保存在本地,并生成一个目的节点为中继节点Rq,消息类型为第八消息类型ACKNOWLEDGE的RMPMessage消息向下层传递,如表14所示。
表14 ACKNOWLEDGE的RMPMessage消息的结构表
下层的RMP协议收到该消息之后生成对应消息类型为第八消息类型ACKNOWLEDGE的RoutingMessage消息(即第十三报文),如表15所示,继续向下层传递。Routing协议将该ACKNOWLEDGE消息向上一跳节点转发,直至到达中继节点Rq。
表15 ACKNOWLEDGE的RoutingMessage消息的结构表
如此,设计ACKNOWLEDGE消息的反馈机制,保证网络的正常运行。
可选的,所述步骤S104之后,还包括:
接收所述第二端节点针对所述测量结果发送的消息类型为第九消息类型的第十四报文,所述第十四报文携带有所述第一路径,所述第九消息类型用于标识所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成;
基于所述第一路径,通过所述第一协议向所述第一端节点发送所述第十四报文。
本实施方式中,第二端节点Bob的App协议会在每次收到OUTCOME消息并存储测量结果时,检查是否收到全部中继节点发送的测量结果,如果是,位于协议栈中的App协议生成一条目的节点为第一端节点Alice,消息类型为第九消息类型DONE的RMPMessage消息,如表16所示,向协议栈下层传递,下层的RMP协议根据该DONE消息生成对应的消息类型为DONE的RoutingMessage消息(即第十四报文),如表17所示,继续向下层传递,Routing协议负责将DONE消息发送给第一端节点Alice。
表16 DONE的RMPMessage消息的结构表
表17 DONE的RoutingMessage消息的结构表
如此,在第一端节点和第二端节点分别交付量子纠缠给节点的情况下,可以实现两个不同端节点的量子纠缠建立。
以下以一具体实例对本实施例的量子纠缠建立方法进行详细说明,如图5所示,设网络中的一个用户Alice(对应第一端节点)希望与另一个用户Bob(对应第二端节点)通过量子纠缠分发的方式建立通信双发的纠缠对,量子纠缠请求从产生到交付具体的流程如下:
1.Alice发起量子纠缠请求,生成REQUEST消息并发送给下一跳节点;
2.中继节点收到REQUEST消息,根据消息对资源的需求选择将消息转发或者拒绝;
3.Bob收到REQUEST消息,协议栈对消息进行处理,并返回ACCEPT消息;
4.沿途的中继节点收到ACCEPT消息,将对应请求加入请求队列中;
5.Alice收到ACCEPT消息,开始与下游节点开始纠缠分发;
6.端节点将与上/下游生成的纠缠保存在本地;
7.Bob在收到来自中继节点的OUTCOME消息之后记录并返回确认消息ACKNOWLEDGE;
8.Bob确认收到全部中继节点的OUTCOME消息后,向Alice发回DONE消息;
9.中继节点转发DONE消息;
10.Alice收到DONE消息。
需要说明的是,图5中,上标1处的判断条件是请求的资源数是否大于纠缠池的最大容量,和/或,纠缠特征信息中的纠缠保真度是否大于或等于纠缠池存储的纠缠对的保真度。
至此,Alice和Bob完成量子纠缠建立。
第二实施例
如图6所示,本公开提供一种量子纠缠建立方法,应用于量子网络的第一端节点,包括如下步骤:
步骤S601:通过第四协议生成第十五报文,所述第四协议用于发起量子纠缠请求,所述第十五报文包括所述第一端节点发起的量子纠缠请求的第一请求标识、第一路径、第二端节点的第一节点标识和纠缠特征信息;
步骤S602:基于所述第一请求标识、所述第一路径、所述第一节点标识和所述纠缠特征信息,通过第二协议生成消息类型为第一消息类型的第一报文,所述第二协议用于根据端节点的角色类型和接收到的报文对应的消息类型对报文进行处理,所述第一消息类型用于标识量子纠缠请求的发送者发起量子纠缠请求;
步骤S603:通过第一协议向所述第二端节点发送所述第一报文,所述第一协议用于确定所述量子网络在进行量子纠缠建立过程中报文的发送路径;
步骤S604:在接收到所述第二端节点针对所述第一报文发送的消息类型为第二消息类型的第三报文的情况下,通过第三协议与相邻的下游节点建立第二纠缠,所述第三协议用于建立所述量子网络中相邻的两个节点之间的纠缠对,所述第二消息类型用于标识量子纠缠请求的接收者发起的资源预留请求;
步骤S605:在获取到第一目标报文的情况下,基于所述第二纠缠确定与所述第二端节点之间量子纠缠的标准贝尔态,所述第一目标报文指示所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成。
本实施例中,在步骤S601中,若第一端节点需要与第二端节点建立量子纠缠,可以发起一个量子纠缠请求,自身协议栈中的App协议根据对应消息生成一个消息类型为第七消息类型PATH的RMPMessage消息(即第十五报文),如表5所示。其数据中可以包含请求的路径(第一路径)、纠缠数量、纠缠保真度(纠缠特征信息)、请求id(第一请求标识,用于区分不同请求的唯一标识)和第二端节点的第一节点标识等信息。
在步骤S602中,该消息被传递到下层RMP协议进行处理,第一端节点的RMP协议判断消息类型为PATH后,根据PATH消息的数据生成一个消息类型为第一消息类型REQUEST的RoutingMessage消息(即第一报文),如表6所示,并传递给下层的Routing协议。
在步骤S603中,第一端节点中Routing协议判断消息类型为REQUEST,判断与第二端节点之间是否存在直连信道,如果存在则通过直连信道来传输REQUEST消息,否则通过中继节点来传输REQUEST消息(第一报文)。其中,通过中继节点来传输REQUEST消息(第一报文),并到达第二端节点的详细过程已经在第一实施例中进行了详细说明,这里不进行赘述。
在步骤S604中,第二端节点在接收到第一报文后,若其本地有充足的资源,则可以将自身节点的节点标识添加到第一路径中,并生成一则包含完整路径信息、需要建立的纠缠特征信息等的第三报文,其可以称之为ACCEPT消息,并根据路径信息原路返回ACCEPT消息。同时,启动EntGen协议与第二端节点相邻的上游节点进行量子纠缠分发,建立纠缠对,得到第二端节点处的第三纠缠。
第二端节点返回第三报文即ACCEPT消息时,若第一端节点与第二端节点之间不直连,沿途中继节点接收到ACCEPT消息后,进行资源评估后,将请求加入至请求队列,当从请求队列抛出请求以进行请求的调度处理时,根据纠缠数量和纠缠保真度等纠缠特征信息,从纠缠池中获取上/下游节点的纠缠,并对获取的纠缠进行贝尔测量操作,得到测量结果,将其发送给第二端节点,其具体过程已经在第一实施例中进行了详细说明,这里不进行赘述。
在第一端节点接收到第二端节点针对第一报文发送的消息类型为第二消息类型的第三报文的情况下,可以启动EntGen协议,与第一端节点相邻的下游节点进行量子纠缠分发,建立纠缠对,得到第一端节点处的第二纠缠。其中,第二端节点针对第一报文发送消息类型为第二消息类型的第三报文的详细过程已经在第一实施例中进行了详细说明,这里不进行赘述。
在步骤S605中,相应的,在第一端节点和第二端节点均启动EntGen协议的情况下,第一端节点可以通过EntGen协议获取与第二端节点之间的量子纠缠,同时第二端节点也可以通过EntGen协议获取与第一端节点之间的量子纠缠。
在第一端节点和第二端节点之间的量子纠缠建立完成的情况下,第一端节点可以获取到第一目标报文,相应的,第一端节点可以将第二纠缠交付给节点,相应的,第一端节点可以基于第二纠缠确定与第二端节点之间量子纠缠的标准贝尔态,即交付的第二纠缠为标准的贝尔态。
其中,在一可选实施方式中,若第一端节点和第二端节点直连,当第一端节点和第二端节点之间的纠缠对建立完成的情况下,则确定第一端节点和第二端节点之间的量子纠缠建立完成。在另一可选实施方式中,若第一端节点和第二端节点不直连,当第二端节点接收到各个中继节点发送的基于纠缠进行贝尔测量操作得到的测量结果后,则确定第一端节点和第二端节点之间的量子纠缠建立完成。第一端节点相应可以获取到第一目标报文。
本实施例中,通过对量子网络的设计,在第一端节点上设计RMP协议,保持对网络中各个节点协议设计的一致性,这样可以使得中继节点能够对端节点发起的量子纠缠请求进行调度和执行,从而可以为量子网络处理调度多用户请求,实现对量子网络中多个请求的调度和处理,并且保证对请求的尽力交付和网络性能的高效利用,高效且安全地为不同端节点建立端到端的量子纠缠,提高端节点之间的通信安全性。
可选的,所述步骤S604之后,包括以下任一项:
在所述第二端节点为所述第一路径下与所述第一端节点相邻的下游节点的情况下,通过所述第一协议生成消息类型为第十消息类型的所述第一目标报文,将所述第一目标报文携带的完成字段的值设置为第五目标值,所述第五目标值指示所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成,通过所述第二协议和所述第四协议将所述第一目标报文携带的所述第二纠缠进行存储;所述第十消息类型用于标识端节点通过所述第三协议与相邻节点建立纠缠;
在所述第一端节点与所述第二端节点之间存在M个中继节点的情况下,接收所述第二端节点发送的消息类型为第九消息类型的所述第一目标报文,所述第一目标报文是所述第二端节点在接收到所述M个中继节点通过所述第一协议分别发送的第十三报文的情况下发送的,所述第十三报文携带有基于所述中继节点与相邻的两个节点之间的第一纠缠进行贝尔测量操作得到的测量结果,所述第九消息类型用于标识所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成,M为正整数。
本实施方式中,在一可选实施方式中,在所述第二端节点为所述第一路径下与所述第一端节点相邻的下游节点的情况下,即说明第一端节点与第二端节点直连,第一端节点和第二端节点之间存在直连的量子信道,可以基于第一端节点和第二端节点之间的纠缠源,通过EntGen协议,建立第一端节点和第二端节点之间的纠缠对,从而建立第一端节点和第二端节点之间的量子纠缠。
在建立完纠缠对后,可以通过Routing协议判断是否需要执行进一步的纠缠交换操作。如果第一端节点和第二端节点之间存在直接连接,那么已经完成了端到端的纠缠建立,无需后续的纠缠交换操作。可以通过Routing协议生成一条消息类型为第十消息类型READY的RoutingMessage消息(即第一目标报文),如表18所示。
表18 READY的RoutingMessage消息的结构表
将生成的第二纠缠保存在本地量子存储器中,设置消息数据内容中完成标记finish(即完成字段)的值为第五目标值如True,Routing协议将READY消息向上层传递。上层RMP协议收到消息后生成对应消息类型为READY的RMPMessage消息,如表19所示,继续向协议栈上层传递。
表19 READY的RMPMessage消息的结构表
顶层的App协议收到消息之后,根据消息数据内容中finish字段的值获悉端到端纠缠建立的过程已经完成,将第二纠缠保存,并结束端节点侧的量子纠缠请求。
在另一可选实施方式中,若第一端节点与第二端节点不直连,则需要执行进一步的纠缠交换操作才能完成端到端的量子纠缠建立,此时Routing和RMP协议生成的READY消息中数据内容的finish字段值为False,App协议在收到READY消息之后把第二纠缠保存在本地量子存储器中,并等待后续的纠缠交换操作(即贝尔测量操作)。
之后,第二端节点可以接收到各个中继节点发送的基于纠缠进行贝尔测量操作得到的测量结果,在接收到所有中继节点发送的测量结果的情况下,可以向第一端节点发送消息类型为第九消息类型DONE的所述第一目标报文(即第十四报文),相应的,第一端节点可以接收到第二端节点发送的消息类型为第九消息类型DONE的第一目标报文,获知第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成。
如此,可以实现第一目标报文的获取。
可选的,所述第一纠缠包括以下至少一项:
在所述M个中继节点包括第一中继节点的情况下,所述第一纠缠是所述第一中继节点基于所述纠缠特征信息,从预先构建的所述第一中继节点的N个纠缠池中目标纠缠池中获取得到,所述第一中继节点为相邻上游节点和相邻下游节点中至少一个为中继节点的节点,所述目标纠缠池为与所述第一中继节点的相邻中继节点对应的纠缠池,N为正整数;
在所述M个中继节点包括第二中继节点的情况下,所述第一纠缠是所述第二中继节点通过所述第三协议与相邻端节点建立的纠缠,所述第二中继节点为相邻上游节点和相邻下游节点中至少一个为端节点的节点。
本实施方式中,中继节点可以根据相邻的两个节点的类型和纠缠特征信息,通过第二协议和/或第三协议,获取中继节点分别与两个节点之间的第一纠缠,其获取过程已经在第一实施例中详细说明,这里不进行具体赘述。
如此,通过纠缠池结构和RMP协议,可以实现对网络资源的管理和分配,可以提高量子网络对请求交付纠缠的速度,保证对请求的尽力交付,提高网络中不同节点在对多个请求进行响应时的性能参数。并且,中继节点可以根据中继节点相邻的两个节点的类型,采取不同的操作,以实现中继节点分别与两个节点之间的第一纠缠的获取,保证网络对于纠缠分发的正常工作。
第三实施例
如图7所示,本公开提供一种量子纠缠建立方法,应用于量子网络的第二端节点,包括如下步骤:
步骤S701:接收第一端节点通过第一协议发送的第一报文,所述第一报文由所述第一端节点通过第四协议和第二协议生成,所述第一协议用于确定所述量子网络在进行量子纠缠建立过程中报文的发送路径,所述第二协议用于根据端节点的角色类型和接收到的报文对应的消息类型对报文进行处理,所述第四协议用于发起量子纠缠请求,所述第一报文包括所述第一端节点发起的量子纠缠请求的第一请求标识、第一路径、所述第二端节点的第一节点标识和纠缠特征信息;
步骤S702:基于所述第一请求标识、所述第一路径、所述第一节点标识和所述纠缠特征信息,通过所述第一协议、所述第二协议和所述第四协议,生成消息类型为第二消息类型的第三报文,所述第二消息类型用于标识量子纠缠请求的接收者发起的资源预留请求;
步骤S703:通过所述第一协议向所述第一端节点返回所述第三报文,并通过第三协议与相邻的上游节点建立第三纠缠,所述第三协议用于建立所述量子网络中相邻的两个节点之间的纠缠对;
步骤S704:在获取到第二目标报文的情况下,基于所述第三纠缠确定与所述第一端节点之间量子纠缠的标准贝尔态,所述第二目标报文指示所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成。
本实施例中,上述步骤S701至步骤S703分别在上述第一实施例和第二实施例进行了详细说明,这里不再进行赘述。
在步骤S704中,在第一端节点和第二端节点均启动EntGen协议的情况下,第二端节点可以通过EntGen协议获取与第一端节点之间的量子纠缠,同时第一端节点也可以通过EntGen协议获取与第二端节点之间的量子纠缠。
在第一端节点和第二端节点之间的量子纠缠建立完成的情况下,第二端节点可以获取到第二目标报文,相应的,第二端节点可以将第三纠缠交付给节点,相应的,第二端节点可以基于第三纠缠确定与第一端节点之间量子纠缠的标准贝尔态。
在一可选实施方式中,若第一端节点和第二端节点直连,当第一端节点和第二端节点之间的纠缠对建立完成的情况下,则确定第一端节点和第二端节点之间的量子纠缠建立完成。相应的,第二端节点交付的第三纠缠即对应标准的贝尔态。
在另一可选实施方式中,若第一端节点和第二端节点不直连,当第二端节点接收到各个中继节点发送的基于纠缠进行贝尔测量操作得到的测量结果后,则确定第一端节点和第二端节点之间的量子纠缠建立完成。相应的,第三端节点可以基于测量结果和交付的第三纠缠确定标准的贝尔态。
比如,当基于测量结果进行异或操作的异或值均为0时,所交付的第三纠缠即对应标准的贝尔态,又比如,当基于测量结果进行异或操作的异或值存在1时,所交付的第三纠缠与标准的贝尔态(即之间相差一些局部的泡利Pauli X和Pauli Z门操作,可以对所交付的第三纠缠进行相应的操作,以获得标准的贝尔态。
这样,第二端节点相应可以获取到第二目标报文。
本实施例中,通过对量子网络的设计,在第二端节点上设计RMP协议,保持对网络中各个节点协议设计的一致性,这样可以使得中继节点能够对端节点发起的量子纠缠请求进行调度和执行,从而可以为量子网络处理调度多用户请求,实现对量子网络中多个请求的调度和处理,并且保证对请求的尽力交付和网络性能的高效利用,高效且安全地为不同端节点建立端到端的量子纠缠,提高端节点之间的通信安全性。
可选的,所述步骤S703之后,包括以下任一项:
在所述第一端节点为所述第一路径下与所述第二端节点相邻的上游节点的情况下,通过所述第一协议生成消息类型为第十消息类型的所述第二目标报文,将所述第二目标报文携带的完成字段的值设置为第五目标值,所述第五目标值指示所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成,通过所述第二协议和所述第四协议将所述第二目标报文携带的所述第三纠缠进行存储;所述第十消息类型用于标识端节点通过所述第三协议与相邻节点建立纠缠;
在所述第一端节点与所述第二端节点之间存在M个中继节点的情况下,生成消息类型为第九消息类型的所述第二目标报文,所述第二目标报文是所述第二端节点在接收到所述M个中继节点通过所述第一协议分别发送的第十三报文的情况下生成的,所述第十三报文携带有基于所述中继节点与相邻的两个节点之间的第一纠缠进行贝尔测量操作得到的测量结果,所述第九消息类型用于标识所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成,M为正整数。
本实施方式中,在一可选实施方式中,在所述第一端节点为所述第一路径下与所述第二端节点相邻的上游节点的情况下,即说明第一端节点与第二端节点直连,第一端节点和第二端节点之间存在直连的量子信道,可以基于第一端节点和第二端节点之间的纠缠源,通过EntGen协议,建立第一端节点和第二端节点之间的纠缠对,从而建立第一端节点和第二端节点之间的量子纠缠。
在建立完纠缠对后,可以通过Routing协议判断是否需要执行进一步的纠缠交换操作。如果第一端节点和第二端节点之间存在直接连接,那么已经完成了端到端的纠缠建立,无需后续的纠缠交换操作。第二端节点可以通过Routing协议生成一条消息类型为第十消息类型READY的RoutingMessage消息(即第二目标报文),如表上18所示。
将生成的第三纠缠保存在本地量子存储器中,设置消息数据内容中完成标记finish(即完成字段)的值为第五目标值如True,Routing协议将READY消息向上层传递。上层RMP协议收到消息后生成对应消息类型为READY的RMPMessage消息,如表19所示,继续向协议栈上层传递。
顶层的App协议收到消息之后,根据消息数据内容中finish字段的值获悉端到端纠缠建立的过程已经完成,将第三纠缠保存,并结束端节点侧的量子纠缠请求。
在另一可选实施方式中,若第一端节点与第二端节点不直连,则需要执行进一步的纠缠交换操作才能完成端到端的量子纠缠建立,此时Routing和RMP协议生成的READY消息中数据内容的finish字段值为False,App协议在收到READY消息之后把第三纠缠保存在本地量子存储器中,并等待后续的纠缠交换操作(即贝尔测量操作)。
之后,第二端节点可以接收到各个中继节点发送的基于纠缠进行贝尔测量操作得到的测量结果,在接收到所有中继节点发送的测量结果的情况下,可以生成消息类型为第九消息类型DONE的第二目标报文(即第十四报文),并向第一端节点发送该报文。相应的,第二端节点可以获知第一端节点与第二端节点之间的量子纠缠建立完成。
如此,可以实现第二目标报文的获取。
可选的,所述第一纠缠包括以下至少一项:
在所述M个中继节点包括第一中继节点的情况下,所述第一纠缠是所述第一中继节点基于所述纠缠特征信息,从预先构建的所述第一中继节点的N个纠缠池中目标纠缠池中获取得到,所述第一中继节点为相邻上游节点和相邻下游节点中至少一个为中继节点的节点,所述目标纠缠池为与所述第一中继节点的相邻中继节点对应的纠缠池,N为正整数;
在所述M个中继节点包括第二中继节点的情况下,所述第一纠缠是所述第二中继节点通过所述第三协议与相邻端节点建立的纠缠,所述第二中继节点为相邻上游节点和相邻下游节点中至少一个为端节点的节点。
本实施方式中,中继节点可以根据相邻的两个节点的类型和纠缠特征信息,通过第二协议和/或第三协议,获取中继节点分别与两个节点之间的第一纠缠,其获取过程已经在第一实施例中详细说明,这里不进行具体赘述。
如此,通过纠缠池结构和RMP协议,可以实现对网络资源的管理和分配,可以提高量子网络对请求交付纠缠的速度,保证对请求的尽力交付,提高网络中不同节点在对多个请求进行响应时的性能参数。并且,中继节点可以根据中继节点相邻的两个节点的类型,采取不同的操作,以实现中继节点分别与两个节点之间的第一纠缠的获取,保证网络对于纠缠分发的正常工作。
可选的,在所述第一端节点与所述第二端节点之间存在M个中继节点的情况下,所述步骤S704具体包括:
将所述M个中继节点发送的第十三报文携带的测量结果进行异或操作,得到纠正值;
在所述纠正值为第六目标值的情况下,对所述第三纠缠进行纠正操作,得到与所述第一端节点之间量子纠缠的标准贝尔态。
本实施方式中,在第一端节点与第二端节点之间存在M个中继节点的情况下,中继节点可以通过向第二端节点发送第十三报文,来发送其基于第一纠缠进行贝尔测量操作得到的测量结果。相应的,第二端节点可以接收各个中继节点发送的测量结果。
在收到所有中继节点发送的测量结果的情况下,可以将所有的测量结果进行异或操作,得到纠正值。在纠正值为第六目标值(如第六目标值为包含1的值)的情况下,第二端节点交付的第三纠缠与标准的贝尔态(即之间相差一些局部的泡利Pauli X和Pauli Z门操作,需要对所交付的第三纠缠进行纠正操作(即局部的泡利Pauli X和Pauli Z门操作),以获得标准的贝尔态。其中,纠正操作可以在通信双方执行量子隐形传态协议之前或者之后执行。
如此,通过对所交付的量子纠缠进行纠正操作,可以实现端到端的准确且安全地量子通信。
第四实施例
如图8所示,本公开提供一种量子纠缠建立装置800,应用于量子网络的中继节点,包括:
第一接收模块801,用于通过第一协议,接收第一端节点发送的第一报文,所述第一报文包括所述第一端节点发起的量子纠缠请求的第一请求标识、第一路径、第二端节点的第一节点标识和纠缠特征信息,所述第一协议用于确定所述量子网络在进行量子纠缠建立过程中报文的发送路径;
第一生成模块802,用于在确定所述第一请求标识对应的量子纠缠请求所需要的资源数不超过所述中继节点的处理能力的情况下,基于所述第一请求标识、所述第一路径、所述第一节点标识和所述纠缠特征信息,通过第二协议生成消息类型为第一消息类型的第二报文,所述第一消息类型用于标识量子纠缠请求的发送者发起量子纠缠请求,所述第二协议用于对接收到的量子纠缠请求进行调度;
第一发送模块803,用于通过所述第一协议向所述第二端节点发送所述第二报文;
第一获取模块804,用于在接收到所述第二端节点针对所述第二报文发送的消息类型为第二消息类型的第三报文的情况下,基于所述中继节点相邻的两个节点的类型和所述纠缠特征信息,通过所述第二协议和/或第三协议,获取所述中继节点分别与所述两个节点之间的第一纠缠,所述第二消息类型用于标识量子纠缠请求的接收者发起的资源预留请求,所述第三协议用于建立所述量子网络中相邻的两个节点之间的纠缠对;
第二发送模块805,用于通过所述第一协议,向所述第二端节点发送基于所述第一纠缠进行贝尔测量操作得到的测量结果,所述测量结果用于确定所述第一端节点与所述第二端节点之间量子纠缠的标准贝尔态。
可选的,所述第一获取模块804包括:
第一获取子模块,用于在所述两个节点的类型包括第一类型的情况下,从预先构建的所述中继节点的N个纠缠池中的目标纠缠池,通过所述第二协议,获取与所述纠缠特征信息匹配的第一纠缠,所述目标纠缠池为所述第一路径中与所述中继节点的相邻中继节点对应的纠缠池,所述第一类型指示节点为中继节点,N为正整数;
第一建立子模块,用于在所述两个节点的类型包括第二类型的情况下,通过所述第三协议,与所述第一路径下所述中继节点的相邻端节点建立第一纠缠,所述第二类型指示节点为端节点。
可选的,所述第一获取子模块包括:
第一生成单元,用于通过所述第一协议生成消息类型为第三消息类型的第四报文,所述第三消息类型用于标识量子纠缠请求的接收者发起的资源预留请求,所述第四报文携带有所述纠缠特征信息和所述第一请求标识;
添加单元,用于在通过所述第二协议确定预先构建的请求队列中的请求数量小于第一预设阈值的情况下,将所述第四报文添加至所述请求队列中;
第一获取单元,用于在从所述请求队列中获取到所述第一请求标识对应的所述第四报文的情况下,从所述目标纠缠池中获取与所述纠缠特征信息匹配的第一纠缠。
可选的,还包括:
第二生成模块,用于在通过所述第二协议确定所述请求队列中的请求数量大于或等于所述第一预设阈值的情况下,通过所述第二协议生成两条消息类型为第四消息类型的第五报文,所述第四消息类型用于标识资源预留请求被所述中继节点拒绝,所述第五报文携带有错误类型字段,所述错误类型字段用于指示报文的发送方向;
第三发送模块,用于基于所述第五报文中所述错误类型字段的值,通过所述第一协议向所述量子网络中所述第一请求标识对应的端节点发送所述第五报文。
可选的,还包括:
删除模块,用于在接收到消息类型为第四消息类型的第六报文,且所述第六报文携带的错误类型字段的值为第一目标值的情况下,若在所述请求队列中查询到所述第六报文携带的第二请求标识对应的报文,则删除所述请求队列中所述第二请求标识对应的报文;
记录模块,用于若在所述请求队列中未查询到所述第六报文携带的第二请求标识对应的报文,则将所述第二请求标识对应的纠缠记录为无效纠缠。
可选的,还包括:
第三生成模块,用于通过所述第二协议,生成消息类型为所述第二消息类型的第七报文,所述第七报文携带有操作类型字段和所述第一路径,所述操作类型字段用于指示对报文的操作方式;
第四发送模块,用于在确定所述操作类型字段的值为第二目标值的情况下,基于所述第一路径,通过所述第一协议向所述第一端节点发送所述第七报文。
可选的,还包括:
第四生成模块,用于通过所述第二协议生成消息类型为第五消息类型的第八报文,所述第八报文包括所述第一路径和所述第一节点标识,所述第五消息类型用于标识所述中继节点成功将资源预留请求加入所述请求队列;
第五发送模块,用于基于所述第一路径和所述第一节点标识,通过所述第一协议向所述第二端节点发送所述第八报文。
可选的,所述第一获取单元,具体用于:
在从所述请求队列中获取到所述第一请求标识对应的所述第四报文的情况下,基于所述第四报文,通过所述第二协议生成消息类型为所述第二消息类型的第九报文,所述第九报文携带有操作类型字段;
在确定所述操作类型字段的值为第三目标值的情况下,通过所述第一协议从所述目标纠缠池中获取与所述纠缠特征信息匹配的第一纠缠。
可选的,还包括:
第一贝尔测量操作模块,用于在所述两个节点的类型均是所述第一类型的情况下,将从所述目标纠缠池分别获取的两个第一纠缠进行贝尔测量操作,得到测量结果;
第二贝尔测量操作模块,用于在所述两个节点的类型分别是所述第一类型和所述第二类型的情况下,若查询到所述中继节点分别与所述两个节点完成纠缠分发,将从所述目标纠缠池获取的第一纠缠和通过所述第三协议建立的第一纠缠进行贝尔测量操作,得到测量结果。
可选的,所述第二发送模块805,具体用于:
通过所述第一协议,生成消息类型为第六消息类型的第十报文,所述第十报文包括所述第一路径和所述测量结果,所述第六消息类型用于标识所述中继节点根据与相邻两个节点的纠缠进行贝尔测量操作得到的测量结果;
基于所述第一路径,通过所述第一协议向所述第二端节点发送所述第十报文。
可选的,还包括:
解析模块,用于通过所述第一协议,对所述第一报文进行解析;
第五生成模块,用于基于解析得到的第一请求标识、第一路径、第二端节点的第一节点标识和纠缠特征信息,通过所述第一协议生成消息类型为第七消息类型的第十一报文,所述第七消息类型用于标识发出量子纠缠请求;
第六生成模块,用于在基于所述第十一报文确定所述纠缠特征信息对应的资源数超出预先构建的所述中继节点的N个纠缠池中目标纠缠池的最大容量,和/或,所述目标纠缠池中存储的纠缠对的保真度小于或等于所述纠缠特征信息对应的保真度的情况下,通过所述第二协议生成消息类型为第四消息类型的第十二报文;
第六发送模块,用于在确定所述第十二报文携带的错误类型字段的值为第四目标值的情况下,基于所述第一路径,通过所述第一协议向所述第一端节点发送所述第十二报文。
可选的,还包括:
第二接收模块,用于接收所述第二端节点针对所述测量结果发送的消息类型为第八消息类型的第十三报文;
其中,所述第八消息类型用于标识所述第二端节点确认接收到所述中继节点发送的测量结果。
可选的,还包括:
第三接收模块,用于接收所述第二端节点针对所述测量结果发送的消息类型为第九消息类型的第十四报文,所述第十四报文携带有所述第一路径,所述第九消息类型用于标识所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成;
第七发送模块,用于基于所述第一路径,通过所述第一协议向所述第一端节点发送所述第十四报文。
本公开提供的量子纠缠建立装置800能够实现量子纠缠建立方法第一实施例实现的各个过程,且能够达到相同的有益效果,为避免重复,这里不再赘述。
第五实施例
如图9所示,本公开提供一种量子纠缠建立装置900,应用于量子网络的第一端节点,包括:
第七生成模块901,用于通过第四协议生成第十五报文,所述第四协议用于发起量子纠缠请求,所述第十五报文包括所述第一端节点发起的量子纠缠请求的第一请求标识、第一路径、第二端节点的第一节点标识和纠缠特征信息;
第八生成模块902,用于基于所述第一请求标识、所述第一路径、所述第一节点标识和所述纠缠特征信息,通过第二协议生成消息类型为第一消息类型的第一报文,所述第二协议用于根据端节点的角色类型和接收到的报文对应的消息类型对报文进行处理,所述第一消息类型用于标识量子纠缠请求的发送者发起量子纠缠请求;
第八发送模块903,用于通过第一协议向所述第二端节点发送所述第一报文,所述第一协议用于确定所述量子网络在进行量子纠缠建立过程中报文的发送路径;
第一建立模块904,用于在接收到所述第二端节点针对所述第一报文发送的消息类型为第二消息类型的第三报文的情况下,通过第三协议与相邻的下游节点建立第二纠缠,所述第三协议用于建立所述量子网络中相邻的两个节点之间的纠缠对,所述第二消息类型用于标识量子纠缠请求的接收者发起的资源预留请求;
第一确定模块905,用于在获取到第一目标报文的情况下,基于所述第二纠缠确定与所述第二端节点之间量子纠缠的标准贝尔态,所述第一目标报文指示所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成。
可选的,还包括:
第九生成模块,用于在所述第二端节点为所述第一路径下与所述第一端节点相邻的下游节点的情况下,通过所述第一协议生成消息类型为第十消息类型的所述第一目标报文,将所述第一目标报文携带的完成字段的值设置为第五目标值,所述第五目标值指示所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成,所述第十消息类型用于标识端节点通过所述第三协议与相邻节点建立纠缠;
第一存储模块,用于通过所述第二协议和所述第四协议将所述第一目标报文携带的所述第二纠缠进行存储;
第四接收模块,用于在所述第一端节点与所述第二端节点之间存在M个中继节点的情况下,接收所述第二端节点发送的消息类型为第九消息类型的所述第一目标报文,所述第一目标报文是所述第二端节点在接收到所述M个中继节点通过所述第一协议分别发送的第十三报文的情况下发送的,所述第十三报文携带有基于所述中继节点与相邻的两个节点之间的第一纠缠进行贝尔测量操作得到的测量结果,所述第九消息类型用于标识所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成,M为正整数。
可选的,所述第一纠缠包括以下至少一项:
在所述M个中继节点包括第一中继节点的情况下,所述第一纠缠是所述第一中继节点基于所述纠缠特征信息,从预先构建的所述第一中继节点的N个纠缠池中目标纠缠池中获取得到,所述第一中继节点为相邻上游节点和相邻下游节点中至少一个为中继节点的节点,所述目标纠缠池为与所述第一中继节点的相邻中继节点对应的纠缠池,N为正整数;
在所述M个中继节点包括第二中继节点的情况下,所述第一纠缠是所述第二中继节点通过所述第三协议与相邻端节点建立的纠缠,所述第二中继节点为相邻上游节点和相邻下游节点中至少一个为端节点的节点。
本公开提供的量子纠缠建立装置900能够实现量子纠缠建立方法第二实施例实现的各个过程,且能够达到相同的有益效果,为避免重复,这里不再赘述。
第六实施例
如图10所示,本公开提供一种量子纠缠建立装置1000,应用于量子网络的第二端节点,包括:
第五接收模块1001,用于接收第一端节点通过第一协议发送的第一报文,所述第一报文由所述第一端节点通过第四协议和第二协议生成,所述第一协议用于确定所述量子网络在进行量子纠缠建立过程中报文的发送路径,所述第二协议用于根据端节点的角色类型和接收到的报文对应的消息类型对报文进行处理,所述第四协议用于发起量子纠缠请求,所述第一报文包括所述第一端节点发起的量子纠缠请求的第一请求标识、第一路径、所述第二端节点的第一节点标识和纠缠特征信息;
第十生成模块1002,用于基于所述第一请求标识、所述第一路径、所述第一节点标识和所述纠缠特征信息,通过所述第一协议、所述第二协议和所述第四协议,生成消息类型为第二消息类型的第三报文,所述第二消息类型用于标识量子纠缠请求的接收者发起的资源预留请求;
第九发送模块1003,用于通过所述第一协议向所述第一端节点返回所述第三报文;
第二建立模块1004,用于通过第三协议与相邻的上游节点建立第三纠缠,所述第三协议用于建立所述量子网络中相邻的两个节点之间的纠缠对;
第二确定模块1005,用于在获取到第二目标报文的情况下,基于所述第三纠缠确定与所述第一端节点之间量子纠缠的标准贝尔态,所述第二目标报文指示所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成。
可选的,还包括:
第十一生成模块,用于在所述第一端节点为所述第一路径下与所述第二端节点相邻的上游节点的情况下,通过所述第一协议生成消息类型为第十消息类型的所述第二目标报文,将所述第二目标报文携带的完成字段的值设置为第五目标值,所述第五目标值指示所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成,所述第十消息类型用于标识端节点通过所述第三协议与相邻节点建立纠缠;
第二存储模块,用于通过所述第二协议和所述第四协议将所述第二目标报文携带的所述第三纠缠进行存储;
第十二生成模块,用于在所述第一端节点与所述第二端节点之间存在M个中继节点的情况下,生成消息类型为第九消息类型的所述第二目标报文,所述第二目标报文是所述第二端节点在接收到所述M个中继节点通过所述第一协议分别发送的第十三报文的情况下生成的,所述第十三报文携带有基于所述中继节点与相邻的两个节点之间的第一纠缠进行贝尔测量操作得到的测量结果,所述第九消息类型用于标识所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成,M为正整数。
可选的,所述第一纠缠包括以下至少一项:
在所述M个中继节点包括第一中继节点的情况下,所述第一纠缠是所述第一中继节点基于所述纠缠特征信息,从预先构建的所述第一中继节点的N个纠缠池中目标纠缠池中获取得到,所述第一中继节点为相邻上游节点和相邻下游节点中至少一个为中继节点的节点,所述目标纠缠池为与所述第一中继节点的相邻中继节点对应的纠缠池,N为正整数;
在所述M个中继节点包括第二中继节点的情况下,所述第一纠缠是所述第二中继节点通过所述第三协议与相邻端节点建立的纠缠,所述第二中继节点为相邻上游节点和相邻下游节点中至少一个为端节点的节点。
可选的,在所述第一端节点与所述第二端节点之间存在M个中继节点的情况下,所述第二确定模块1005,具体用于:
将所述M个中继节点发送的第十三报文携带的测量结果进行异或操作,得到纠正值;
在所述纠正值为第六目标值的情况下,对所述第三纠缠进行纠正操作,得到与所述第一端节点之间量子纠缠的标准贝尔态。
本公开提供的量子纠缠建立装置1000能够实现量子纠缠建立方法第三实施例实现的各个过程,且能够达到相同的有益效果,为避免重复,这里不再赘述。
本公开的技术方案中,所涉及的用户个人信息的收集、存储、使用、加工、传输、提供和公开等处理,均符合相关法律法规的规定,且不违背公序良俗。
根据本公开的实施例,本公开还提供了一种电子设备、一种可读存储介质和一种计算机程序产品。
图11示出了可以用来实施本公开的实施例的示例电子设备的示意性框图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机,诸如,膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置,诸如,个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例,并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本公开的实现。
如图11所示,设备1100包括计算单元1101,其可以根据存储在只读存储器(ROM)1102中的计算机程序或者从存储单元1108加载到随机访问存储器(RAM)1103中的计算机程序,来执行各种适当的动作和处理。在RAM 1103中,还可存储设备1100操作所需的各种程序和数据。计算单元1101、ROM 1102以及RAM 1103通过总线1104彼此相连。输入/输出(I/O)接口1105也连接至总线1104。
设备1100中的多个部件连接至I/O接口1105,包括:输入单元1106,例如键盘、鼠标等;输出单元1107,例如各种类型的显示器、扬声器等;存储单元1108,例如磁盘、光盘等;以及通信单元1109,例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元1109允许设备1100通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
计算单元1101可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元1101的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元1101执行上文所描述的各个方法和处理,例如量子纠缠建立方法。例如,在一些实施例中,量子纠缠建立方法可被实现为计算机软件程序,其被有形地包含于机器可读介质,例如存储单元1108。在一些实施例中,计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 1102和/或通信单元1109而被载入和/或安装到设备1100上。当计算机程序加载到RAM 1103并由计算单元1101执行时,可以执行上文描述的量子纠缠建立方法的一个或多个步骤。备选地,在其他实施例中,计算单元1101可以通过其他任何适当的方式(例如,借助于固件)而被配置为执行量子纠缠建立方法。
本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括:实施在一个或者多个计算机程序中,该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释,该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器,可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令,并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器,使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行,作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
在本公开的上下文中,机器可读介质可以是有形的介质,其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备,或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
为了提供与用户的交互,可以在计算机上实施此处描述的系统和技术,该计算机具有:用于向用户显示信息的显示装置(例如,CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器);以及键盘和指向装置(例如,鼠标或者轨迹球),用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互;例如,提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如,视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈);并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如,作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如,应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如,具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机,用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如,通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括:局域网(LAN)、广域网(WAN)和互联网。
计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器,也可以为分布式系统的服务器,或者是结合了区块链的服务器。
应该理解,可以使用上面所示的各种形式的流程,重新排序、增加或删除步骤。例如,本公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行,只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果,本文在此不进行限制。
上述具体实施方式,并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是,根据设计要求和其他因素,可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等,均应包含在本公开保护范围之内。
Claims (43)
1.一种量子纠缠建立方法,应用于量子网络的中继节点,包括:
通过第一协议,接收第一端节点发送的第一报文,所述第一报文包括所述第一端节点发起的量子纠缠请求的第一请求标识、第一路径、第二端节点的第一节点标识和纠缠特征信息,所述第一协议用于确定所述量子网络在进行量子纠缠建立过程中报文的发送路径;
在确定所述第一请求标识对应的量子纠缠请求所需要的资源数不超过所述中继节点的处理能力的情况下,基于所述第一请求标识、所述第一路径、所述第一节点标识和所述纠缠特征信息,通过第二协议生成消息类型为第一消息类型的第二报文,并通过所述第一协议向所述第二端节点发送所述第二报文,所述第二协议用于对接收到的量子纠缠请求进行调度,所述第一消息类型用于标识量子纠缠请求的发送者发起量子纠缠请求;
在接收到所述第二端节点针对所述第二报文发送的消息类型为第二消息类型的第三报文的情况下,基于所述中继节点相邻的两个节点的类型和所述纠缠特征信息,通过所述第二协议和/或第三协议,获取所述中继节点分别与所述两个节点之间的第一纠缠,所述第二消息类型用于标识量子纠缠请求的接收者发起的资源预留请求,所述第三协议用于建立所述量子网络中相邻的两个节点之间的纠缠对;
通过所述第一协议,向所述第二端节点发送基于所述第一纠缠进行贝尔测量操作得到的测量结果,所述测量结果用于确定所述第一端节点与所述第二端节点之间量子纠缠的标准贝尔态。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述基于所述中继节点相邻的两个节点的类型和所述纠缠特征信息,通过所述第二协议和/或第三协议,获取所述中继节点分别与所述两个节点之间的第一纠缠,包括以下至少一项:
在所述两个节点的类型包括第一类型的情况下,从预先构建的所述中继节点的N个纠缠池中的目标纠缠池,通过所述第二协议,获取与所述纠缠特征信息匹配的第一纠缠,所述目标纠缠池为所述第一路径中与所述中继节点的相邻中继节点对应的纠缠池,所述第一类型指示节点为中继节点,N为正整数;
在所述两个节点的类型包括第二类型的情况下,通过所述第三协议,与所述第一路径下所述中继节点的相邻端节点建立第一纠缠,所述第二类型指示节点为端节点。
3.根据权利要求2所述的方法,其中,所述从预先构建的所述中继节点的N个纠缠池中的目标纠缠池,通过所述第二协议,获取与所述纠缠特征信息匹配的第一纠缠,包括:
通过所述第一协议生成消息类型为第三消息类型的第四报文,所述第三消息类型用于标识量子纠缠请求的接收者发起的资源预留请求,所述第四报文携带有所述纠缠特征信息和所述第一请求标识;
在通过所述第二协议确定预先构建的请求队列中的请求数量小于第一预设阈值的情况下,将所述第四报文添加至所述请求队列中;
在从所述请求队列中获取到所述第一请求标识对应的所述第四报文的情况下,从所述目标纠缠池中获取与所述纠缠特征信息匹配的第一纠缠。
4.根据权利要求3所述的方法,还包括:
在通过所述第二协议确定所述请求队列中的请求数量大于或等于所述第一预设阈值的情况下,通过所述第二协议生成两条消息类型为第四消息类型的第五报文,所述第四消息类型用于标识资源预留请求被所述中继节点拒绝,所述第五报文携带有错误类型字段,所述错误类型字段用于指示报文的发送方向;
基于所述第五报文中所述错误类型字段的值,通过所述第一协议向所述量子网络中所述第一请求标识对应的端节点发送所述第五报文。
5.根据权利要求4所述的方法,还包括:
在接收到消息类型为第四消息类型的第六报文,且所述第六报文携带的错误类型字段的值为第一目标值的情况下,若在所述请求队列中查询到所述第六报文携带的第二请求标识对应的报文,则删除所述请求队列中所述第二请求标识对应的报文;
若在所述请求队列中未查询到所述第六报文携带的第二请求标识对应的报文,则将所述第二请求标识对应的纠缠记录为无效纠缠。
6.根据权利要求3所述的方法,所述将所述第四报文添加至所述请求队列之后,还包括:
通过所述第二协议,生成消息类型为所述第二消息类型的第七报文,所述第七报文携带有操作类型字段和所述第一路径,所述操作类型字段用于指示对报文的操作方式;
在确定所述操作类型字段的值为第二目标值的情况下,基于所述第一路径,通过所述第一协议向所述第一端节点发送所述第七报文。
7.根据权利要求3所述的方法,所述将所述第四报文添加至所述请求队列之后,还包括:
通过所述第二协议生成消息类型为第五消息类型的第八报文,所述第八报文包括所述第一路径和所述第一节点标识,所述第五消息类型用于标识所述中继节点成功将资源预留请求加入所述请求队列;
基于所述第一路径和所述第一节点标识,通过所述第一协议向所述第二端节点发送所述第八报文。
8.根据权利要求3所述的方法,其中,所述在从所述请求队列中获取到所述第一请求标识对应的所述第四报文的情况下,从所述目标纠缠池中获取与所述纠缠特征信息匹配的第一纠缠,包括:
在从所述请求队列中获取到所述第一请求标识对应的所述第四报文的情况下,基于所述第四报文,通过所述第二协议生成消息类型为所述第二消息类型的第九报文,所述第九报文携带有操作类型字段;
在确定所述操作类型字段的值为第三目标值的情况下,通过所述第一协议从所述目标纠缠池中获取与所述纠缠特征信息匹配的第一纠缠。
9.根据权利要求8所述的方法,所述通过所述第一协议从所述目标纠缠池中获取与所述纠缠特征信息匹配的第一纠缠之后,还包括以下至少一项:
在所述两个节点的类型均是所述第一类型的情况下,将从所述目标纠缠池分别获取的两个第一纠缠进行贝尔测量操作,得到测量结果;
在所述两个节点的类型分别是所述第一类型和所述第二类型的情况下,若查询到所述中继节点分别与所述两个节点完成纠缠分发,将从所述目标纠缠池获取的第一纠缠和通过所述第三协议建立的第一纠缠进行贝尔测量操作,得到测量结果。
10.根据权利要求1所述的方法,其中,所述通过所述第一协议,向所述第二端节点发送基于所述第一纠缠进行贝尔测量操作得到的测量结果,包括:
通过所述第一协议,生成消息类型为第六消息类型的第十报文,所述第十报文包括所述第一路径和所述测量结果,所述第六消息类型用于标识所述中继节点根据与相邻两个节点的纠缠进行贝尔测量操作得到的测量结果;
基于所述第一路径,通过所述第一协议向所述第二端节点发送所述第十报文。
11.根据权利要求1所述的方法,还包括:
通过所述第一协议,对所述第一报文进行解析;
基于解析得到的第一请求标识、第一路径、第二端节点的第一节点标识和纠缠特征信息,通过所述第一协议生成消息类型为第七消息类型的第十一报文,所述第七消息类型用于标识发出量子纠缠请求;
在基于所述第十一报文确定所述纠缠特征信息对应的资源数超出预先构建的所述中继节点的N个纠缠池中目标纠缠池的最大容量,和/或,所述目标纠缠池中存储的纠缠对的保真度小于或等于所述纠缠特征信息对应的保真度的情况下,通过所述第二协议生成消息类型为第四消息类型的第十二报文;
在确定所述第十二报文携带的错误类型字段的值为第四目标值的情况下,基于所述第一路径,通过所述第一协议向所述第一端节点发送所述第十二报文。
12.根据权利要求1所述的方法,所述通过所述第一协议,向所述第二端节点发送基于所述第一纠缠进行贝尔测量操作得到的测量结果之后,还包括:
接收所述第二端节点针对所述测量结果发送的消息类型为第八消息类型的第十三报文;
其中,所述第八消息类型用于标识所述第二端节点确认接收到所述中继节点发送的测量结果。
13.根据权利要求1所述的方法,所述通过所述第一协议,向所述第二端节点发送基于所述第一纠缠进行贝尔测量操作得到的测量结果之后,还包括:
接收所述第二端节点针对所述测量结果发送的消息类型为第九消息类型的第十四报文,所述第十四报文携带有所述第一路径,所述第九消息类型用于标识所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成;
基于所述第一路径,通过所述第一协议向所述第一端节点发送所述第十四报文。
14.一种量子纠缠建立方法,应用于量子网络的第一端节点,包括:
通过第四协议生成第十五报文,所述第四协议用于发起量子纠缠请求,所述第十五报文包括所述第一端节点发起的量子纠缠请求的第一请求标识、第一路径、第二端节点的第一节点标识和纠缠特征信息;
基于所述第一请求标识、所述第一路径、所述第一节点标识和所述纠缠特征信息,通过第二协议生成消息类型为第一消息类型的第一报文,所述第二协议用于根据端节点的角色类型和接收到的报文对应的消息类型对报文进行处理,所述第一消息类型用于标识量子纠缠请求的发送者发起量子纠缠请求;
通过第一协议向所述第二端节点发送所述第一报文,所述第一协议用于确定所述量子网络在进行量子纠缠建立过程中报文的发送路径;
在接收到所述第二端节点针对所述第一报文发送的消息类型为第二消息类型的第三报文的情况下,通过第三协议与相邻的下游节点建立第二纠缠,所述第三协议用于建立所述量子网络中相邻的两个节点之间的纠缠对,所述第二消息类型用于标识量子纠缠请求的接收者发起的资源预留请求;
在获取到第一目标报文的情况下,基于所述第二纠缠确定与所述第二端节点之间量子纠缠的标准贝尔态,所述第一目标报文指示所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成。
15.根据权利要求14所述的方法,所述通过第三协议与相邻的下游节点建立第二纠缠之后,包括以下任一项:
在所述第二端节点为所述第一路径下与所述第一端节点相邻的下游节点的情况下,通过所述第一协议生成消息类型为第十消息类型的所述第一目标报文,将所述第一目标报文携带的完成字段的值设置为第五目标值,所述第五目标值指示所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成,通过所述第二协议和所述第四协议将所述第一目标报文携带的所述第二纠缠进行存储;所述第十消息类型用于标识端节点通过所述第三协议与相邻节点建立纠缠;
在所述第一端节点与所述第二端节点之间存在M个中继节点的情况下,接收所述第二端节点发送的消息类型为第九消息类型的所述第一目标报文,所述第一目标报文是所述第二端节点在接收到所述M个中继节点通过所述第一协议分别发送的第十三报文的情况下发送的,所述第十三报文携带有基于所述中继节点与相邻的两个节点之间的第一纠缠进行贝尔测量操作得到的测量结果,所述第九消息类型用于标识所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成,M为正整数。
16.根据权利要求15所述的方法,其中,所述第一纠缠包括以下至少一项:
在所述M个中继节点包括第一中继节点的情况下,所述第一纠缠是所述第一中继节点基于所述纠缠特征信息,从预先构建的所述第一中继节点的N个纠缠池中目标纠缠池中获取得到,所述第一中继节点为相邻上游节点和相邻下游节点中至少一个为中继节点的节点,所述目标纠缠池为与所述第一中继节点的相邻中继节点对应的纠缠池,N为正整数;
在所述M个中继节点包括第二中继节点的情况下,所述第一纠缠是所述第二中继节点通过所述第三协议与相邻端节点建立的纠缠,所述第二中继节点为相邻上游节点和相邻下游节点中至少一个为端节点的节点。
17.一种量子纠缠建立方法,应用于量子网络的第二端节点,包括:
接收第一端节点通过第一协议发送的第一报文,所述第一报文由所述第一端节点通过第四协议和第二协议生成,所述第一协议用于确定所述量子网络在进行量子纠缠建立过程中报文的发送路径,所述第二协议用于根据端节点的角色类型和接收到的报文对应的消息类型对报文进行处理,所述第四协议用于发起量子纠缠请求,所述第一报文包括所述第一端节点发起的量子纠缠请求的第一请求标识、第一路径、所述第二端节点的第一节点标识和纠缠特征信息;
基于所述第一请求标识、所述第一路径、所述第一节点标识和所述纠缠特征信息,通过所述第一协议、所述第二协议和所述第四协议,生成消息类型为第二消息类型的第三报文,所述第二消息类型用于标识量子纠缠请求的接收者发起的资源预留请求;
通过所述第一协议向所述第一端节点返回所述第三报文,并通过第三协议与相邻的上游节点建立第三纠缠,所述第三协议用于建立所述量子网络中相邻的两个节点之间的纠缠对;
在获取到第二目标报文的情况下,基于所述第三纠缠确定与所述第一端节点之间量子纠缠的标准贝尔态,所述第二目标报文指示所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成。
18.根据权利要求17所述的方法,其中,所述通过第三协议与相邻的上游节点建立第三纠缠之后,包括以下任一项:
在所述第一端节点为所述第一路径下与所述第二端节点相邻的上游节点的情况下,通过所述第一协议生成消息类型为第十消息类型的所述第二目标报文,将所述第二目标报文携带的完成字段的值设置为第五目标值,所述第五目标值指示所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成,通过所述第二协议和所述第四协议将所述第二目标报文携带的所述第三纠缠进行存储;所述第十消息类型用于标识端节点通过所述第三协议与相邻节点建立纠缠;
在所述第一端节点与所述第二端节点之间存在M个中继节点的情况下,生成消息类型为第九消息类型的所述第二目标报文,所述第二目标报文是所述第二端节点在接收到所述M个中继节点通过所述第一协议分别发送的第十三报文的情况下生成的,所述第十三报文携带有基于所述中继节点与相邻的两个节点之间的第一纠缠进行贝尔测量操作得到的测量结果,所述第九消息类型用于标识所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成,M为正整数。
19.根据权利要求18所述的方法,其中,所述第一纠缠包括以下至少一项:
在所述M个中继节点包括第一中继节点的情况下,所述第一纠缠是所述第一中继节点基于所述纠缠特征信息,从预先构建的所述第一中继节点的N个纠缠池中目标纠缠池中获取得到,所述第一中继节点为相邻上游节点和相邻下游节点中至少一个为中继节点的节点,所述目标纠缠池为与所述第一中继节点的相邻中继节点对应的纠缠池,N为正整数;
在所述M个中继节点包括第二中继节点的情况下,所述第一纠缠是所述第二中继节点通过所述第三协议与相邻端节点建立的纠缠,所述第二中继节点为相邻上游节点和相邻下游节点中至少一个为端节点的节点。
20.根据权利要求18所述的方法,其中,在所述第一端节点与所述第二端节点之间存在M个中继节点的情况下,所述基于所述第三纠缠确定与所述第一端节点之间量子纠缠的标准贝尔态,包括:
将所述M个中继节点发送的第十三报文携带的测量结果进行异或操作,得到纠正值;
在所述纠正值为第六目标值的情况下,对所述第三纠缠进行纠正操作,得到与所述第一端节点之间量子纠缠的标准贝尔态。
21.一种量子纠缠建立装置,应用于量子网络的中继节点,包括:
第一接收模块,用于通过第一协议,接收第一端节点发送的第一报文,所述第一报文包括所述第一端节点发起的量子纠缠请求的第一请求标识、第一路径、第二端节点的第一节点标识和纠缠特征信息,所述第一协议用于确定所述量子网络在进行量子纠缠建立过程中报文的发送路径;
第一生成模块,用于在确定所述第一请求标识对应的量子纠缠请求所需要的资源数不超过所述中继节点的处理能力的情况下,基于所述第一请求标识、所述第一路径、所述第一节点标识和所述纠缠特征信息,通过第二协议生成消息类型为第一消息类型的第二报文,所述第一消息类型用于标识量子纠缠请求的发送者发起量子纠缠请求,所述第二协议用于对接收到的量子纠缠请求进行调度;
第一发送模块,用于通过所述第一协议向所述第二端节点发送所述第二报文;
第一获取模块,用于在接收到所述第二端节点针对所述第二报文发送的消息类型为第二消息类型的第三报文的情况下,基于所述中继节点相邻的两个节点的类型和所述纠缠特征信息,通过所述第二协议和/或第三协议,获取所述中继节点分别与所述两个节点之间的第一纠缠,所述第二消息类型用于标识量子纠缠请求的接收者发起的资源预留请求,所述第三协议用于建立所述量子网络中相邻的两个节点之间的纠缠对;
第二发送模块,用于通过所述第一协议,向所述第二端节点发送基于所述第一纠缠进行贝尔测量操作得到的测量结果,所述测量结果用于确定所述第一端节点与所述第二端节点之间量子纠缠的标准贝尔态。
22.根据权利要求21所述的装置,其中,所述第一获取模块包括:
第一获取子模块,用于在所述两个节点的类型包括第一类型的情况下,从预先构建的所述中继节点的N个纠缠池中的目标纠缠池,通过所述第二协议,获取与所述纠缠特征信息匹配的第一纠缠,所述目标纠缠池为所述第一路径中与所述中继节点的相邻中继节点对应的纠缠池,所述第一类型指示节点为中继节点,N为正整数;
第一建立子模块,用于在所述两个节点的类型包括第二类型的情况下,通过所述第三协议,与所述第一路径下所述中继节点的相邻端节点建立第一纠缠,所述第二类型指示节点为端节点。
23.根据权利要求22所述的装置,其中,所述第一获取子模块包括:
第一生成单元,用于通过所述第一协议生成消息类型为第三消息类型的第四报文,所述第三消息类型用于标识量子纠缠请求的接收者发起的资源预留请求,所述第四报文携带有所述纠缠特征信息和所述第一请求标识;
添加单元,用于在通过所述第二协议确定预先构建的请求队列中的请求数量小于第一预设阈值的情况下,将所述第四报文添加至所述请求队列中;
第一获取单元,用于在从所述请求队列中获取到所述第一请求标识对应的所述第四报文的情况下,从所述目标纠缠池中获取与所述纠缠特征信息匹配的第一纠缠。
24.根据权利要求23所述的装置,还包括:
第二生成模块,用于在通过所述第二协议确定所述请求队列中的请求数量大于或等于所述第一预设阈值的情况下,通过所述第二协议生成两条消息类型为第四消息类型的第五报文,所述第四消息类型用于标识资源预留请求被所述中继节点拒绝,所述第五报文携带有错误类型字段,所述错误类型字段用于指示报文的发送方向;
第三发送模块,用于基于所述第五报文中所述错误类型字段的值,通过所述第一协议向所述量子网络中所述第一请求标识对应的端节点发送所述第五报文。
25.根据权利要求24所述的装置,还包括:
删除模块,用于在接收到消息类型为第四消息类型的第六报文,且所述第六报文携带的错误类型字段的值为第一目标值的情况下,若在所述请求队列中查询到所述第六报文携带的第二请求标识对应的报文,则删除所述请求队列中所述第二请求标识对应的报文;
记录模块,用于若在所述请求队列中未查询到所述第六报文携带的第二请求标识对应的报文,则将所述第二请求标识对应的纠缠记录为无效纠缠。
26.根据权利要求23所述的装置,还包括:
第三生成模块,用于通过所述第二协议,生成消息类型为所述第二消息类型的第七报文,所述第七报文携带有操作类型字段和所述第一路径,所述操作类型字段用于指示对报文的操作方式;
第四发送模块,用于在确定所述操作类型字段的值为第二目标值的情况下,基于所述第一路径,通过所述第一协议向所述第一端节点发送所述第七报文。
27.根据权利要求23所述的装置,还包括:
第四生成模块,用于通过所述第二协议生成消息类型为第五消息类型的第八报文,所述第八报文包括所述第一路径和所述第一节点标识,所述第五消息类型用于标识所述中继节点成功将资源预留请求加入所述请求队列;
第五发送模块,用于基于所述第一路径和所述第一节点标识,通过所述第一协议向所述第二端节点发送所述第八报文。
28.根据权利要求23所述的装置,其中,所述第一获取单元,具体用于:
在从所述请求队列中获取到所述第一请求标识对应的所述第四报文的情况下,基于所述第四报文,通过所述第二协议生成消息类型为所述第二消息类型的第九报文,所述第九报文携带有操作类型字段;
在确定所述操作类型字段的值为第三目标值的情况下,通过所述第一协议从所述目标纠缠池中获取与所述纠缠特征信息匹配的第一纠缠。
29.根据权利要求28所述的装置,还包括:
第一贝尔测量操作模块,用于在所述两个节点的类型均是所述第一类型的情况下,将从所述目标纠缠池分别获取的两个第一纠缠进行贝尔测量操作,得到测量结果;
第二贝尔测量操作模块,用于在所述两个节点的类型分别是所述第一类型和所述第二类型的情况下,若查询到所述中继节点分别与所述两个节点完成纠缠分发,将从所述目标纠缠池获取的第一纠缠和通过所述第三协议建立的第一纠缠进行贝尔测量操作,得到测量结果。
30.根据权利要求21所述的装置,其中,所述第二发送模块,具体用于:
通过所述第一协议,生成消息类型为第六消息类型的第十报文,所述第十报文包括所述第一路径和所述测量结果,所述第六消息类型用于标识所述中继节点根据与相邻两个节点的纠缠进行贝尔测量操作得到的测量结果;
基于所述第一路径,通过所述第一协议向所述第二端节点发送所述第十报文。
31.根据权利要求21所述的装置,还包括:
解析模块,用于通过所述第一协议,对所述第一报文进行解析;
第五生成模块,用于基于解析得到的第一请求标识、第一路径、第二端节点的第一节点标识和纠缠特征信息,通过所述第一协议生成消息类型为第七消息类型的第十一报文,所述第七消息类型用于标识发出量子纠缠请求;
第六生成模块,用于在基于所述第十一报文确定所述纠缠特征信息对应的资源数超出预先构建的所述中继节点的N个纠缠池中目标纠缠池的最大容量,和/或,所述目标纠缠池中存储的纠缠对的保真度小于或等于所述纠缠特征信息对应的保真度的情况下,通过所述第二协议生成消息类型为第四消息类型的第十二报文;
第六发送模块,用于在确定所述第十二报文携带的错误类型字段的值为第四目标值的情况下,基于所述第一路径,通过所述第一协议向所述第一端节点发送所述第十二报文。
32.根据权利要求21所述的装置,还包括:
第二接收模块,用于接收所述第二端节点针对所述测量结果发送的消息类型为第八消息类型的第十三报文;
其中,所述第八消息类型用于标识所述第二端节点确认接收到所述中继节点发送的测量结果。
33.根据权利要求21所述的装置,还包括:
第三接收模块,用于接收所述第二端节点针对所述测量结果发送的消息类型为第九消息类型的第十四报文,所述第十四报文携带有所述第一路径,所述第九消息类型用于标识所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成;
第七发送模块,用于基于所述第一路径,通过所述第一协议向所述第一端节点发送所述第十四报文。
34.一种量子纠缠建立装置,应用于量子网络的第一端节点,包括:
第七生成模块,用于通过第四协议生成第十五报文,所述第四协议用于发起量子纠缠请求,所述第十五报文包括所述第一端节点发起的量子纠缠请求的第一请求标识、第一路径、第二端节点的第一节点标识和纠缠特征信息;
第八生成模块,用于基于所述第一请求标识、所述第一路径、所述第一节点标识和所述纠缠特征信息,通过第二协议生成消息类型为第一消息类型的第一报文,所述第二协议用于根据端节点的角色类型和接收到的报文对应的消息类型对报文进行处理,所述第一消息类型用于标识量子纠缠请求的发送者发起量子纠缠请求;
第八发送模块,用于通过第一协议向所述第二端节点发送所述第一报文,所述第一协议用于确定所述量子网络在进行量子纠缠建立过程中报文的发送路径;
第一建立模块,用于在接收到所述第二端节点针对所述第一报文发送的消息类型为第二消息类型的第三报文的情况下,通过第三协议与相邻的下游节点建立第二纠缠,所述第三协议用于建立所述量子网络中相邻的两个节点之间的纠缠对,所述第二消息类型用于标识量子纠缠请求的接收者发起的资源预留请求;
第一确定模块,用于在获取到第一目标报文的情况下,基于所述第二纠缠确定与所述第二端节点之间量子纠缠的标准贝尔态,所述第一目标报文指示所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成。
35.根据权利要求34所述的装置,还包括:
第九生成模块,用于在所述第二端节点为所述第一路径下与所述第一端节点相邻的下游节点的情况下,通过所述第一协议生成消息类型为第十消息类型的所述第一目标报文,将所述第一目标报文携带的完成字段的值设置为第五目标值,所述第五目标值指示所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成,所述第十消息类型用于标识端节点通过所述第三协议与相邻节点建立纠缠;
第一存储模块,用于通过所述第二协议和所述第四协议将所述第一目标报文携带的所述第二纠缠进行存储;
第四接收模块,用于在所述第一端节点与所述第二端节点之间存在M个中继节点的情况下,接收所述第二端节点发送的消息类型为第九消息类型的所述第一目标报文,所述第一目标报文是所述第二端节点在接收到所述M个中继节点通过所述第一协议分别发送的第十三报文的情况下发送的,所述第十三报文携带有基于所述中继节点与相邻的两个节点之间的第一纠缠进行贝尔测量操作得到的测量结果,所述第九消息类型用于标识所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成,M为正整数。
36.根据权利要求35所述的装置,其中,所述第一纠缠包括以下至少一项:
在所述M个中继节点包括第一中继节点的情况下,所述第一纠缠是所述第一中继节点基于所述纠缠特征信息,从预先构建的所述第一中继节点的N个纠缠池中目标纠缠池中获取得到,所述第一中继节点为相邻上游节点和相邻下游节点中至少一个为中继节点的节点,所述目标纠缠池为与所述第一中继节点的相邻中继节点对应的纠缠池,N为正整数;
在所述M个中继节点包括第二中继节点的情况下,所述第一纠缠是所述第二中继节点通过所述第三协议与相邻端节点建立的纠缠,所述第二中继节点为相邻上游节点和相邻下游节点中至少一个为端节点的节点。
37.一种量子纠缠建立装置,应用于量子网络的第二端节点,包括:
第五接收模块,用于接收第一端节点通过第一协议发送的第一报文,所述第一报文由所述第一端节点通过第四协议和第二协议生成,所述第一协议用于确定所述量子网络在进行量子纠缠建立过程中报文的发送路径,所述第二协议用于根据端节点的角色类型和接收到的报文对应的消息类型对报文进行处理,所述第四协议用于发起量子纠缠请求,所述第一报文包括所述第一端节点发起的量子纠缠请求的第一请求标识、第一路径、所述第二端节点的第一节点标识和纠缠特征信息;
第十生成模块,用于基于所述第一请求标识、所述第一路径、所述第一节点标识和所述纠缠特征信息,通过所述第一协议、所述第二协议和所述第四协议,生成消息类型为第二消息类型的第三报文,所述第二消息类型用于标识量子纠缠请求的接收者发起的资源预留请求;
第九发送模块,用于通过所述第一协议向所述第一端节点返回所述第三报文;
第二建立模块,用于通过第三协议与相邻的上游节点建立第三纠缠,所述第三协议用于建立所述量子网络中相邻的两个节点之间的纠缠对;
第二确定模块,用于在获取到第二目标报文的情况下,基于所述第三纠缠确定与所述第一端节点之间量子纠缠的标准贝尔态,所述第二目标报文指示所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成。
38.根据权利要求37所述的装置,还包括:
第十一生成模块,用于在所述第一端节点为所述第一路径下与所述第二端节点相邻的上游节点的情况下,通过所述第一协议生成消息类型为第十消息类型的所述第二目标报文,将所述第二目标报文携带的完成字段的值设置为第五目标值,所述第五目标值指示所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成,所述第十消息类型用于标识端节点通过所述第三协议与相邻节点建立纠缠;
第二存储模块,用于通过所述第二协议和所述第四协议将所述第二目标报文携带的所述第三纠缠进行存储;
第十二生成模块,用于在所述第一端节点与所述第二端节点之间存在M个中继节点的情况下,生成消息类型为第九消息类型的所述第二目标报文,所述第二目标报文是所述第二端节点在接收到所述M个中继节点通过所述第一协议分别发送的第十三报文的情况下生成的,所述第十三报文携带有基于所述中继节点与相邻的两个节点之间的第一纠缠进行贝尔测量操作得到的测量结果,所述第九消息类型用于标识所述第一端节点与所述第二端节点之间的量子纠缠建立完成,M为正整数。
39.根据权利要求38所述的装置,其中,所述第一纠缠包括以下至少一项:
在所述M个中继节点包括第一中继节点的情况下,所述第一纠缠是所述第一中继节点基于所述纠缠特征信息,从预先构建的所述第一中继节点的N个纠缠池中目标纠缠池中获取得到,所述第一中继节点为相邻上游节点和相邻下游节点中至少一个为中继节点的节点,所述目标纠缠池为与所述第一中继节点的相邻中继节点对应的纠缠池,N为正整数;
在所述M个中继节点包括第二中继节点的情况下,所述第一纠缠是所述第二中继节点通过所述第三协议与相邻端节点建立的纠缠,所述第二中继节点为相邻上游节点和相邻下游节点中至少一个为端节点的节点。
40.根据权利要求38所述的装置,其中,在所述第一端节点与所述第二端节点之间存在M个中继节点的情况下,所述第二确定模块,具体用于:
将所述M个中继节点发送的第十三报文携带的测量结果进行异或操作,得到纠正值;
在所述纠正值为第六目标值的情况下,对所述第三纠缠进行纠正操作,得到与所述第一端节点之间量子纠缠的标准贝尔态。
41.一种电子设备,包括:
至少一个处理器;以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器;其中,
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令,所述指令被所述至少一个处理器执行,以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-13中任一项所述的方法,或者执行权利要求14-16中任一项所述的方法,或者执行权利要求17-20中任一项所述的方法。
42.一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质,其中,所述计算机指令用于使所述计算机执行根据权利要求1-13中任一项所述的方法,或者执行根据权利要求14-16中任一项所述的方法,或者执行根据权利要求17-20中任一项所述的方法。
43.一种计算机程序产品,包括计算机程序,所述计算机程序在被处理器执行时实现根据权利要求1-13中任一项所述的方法,或者实现根据权利要求14-16中任一项所述的方法,或者实现根据权利要求17-20中任一项所述的方法。
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