[发明专利]提高量子通信网络连通性的纠缠粒子对分发节点部署方法

摘要

本发明公开了一种提高量子通信网络连通性的纠缠粒子对分发节点部署方法，包括(1)将量子通信网络区域进行划分并编号；(2)对于含有n个量子通信节点的通信网络，随机部署m个纠缠粒子分发节点，计算量子通信网络连通度；(3)利用优化算法计算m个纠缠粒子对分发节点部署位置的最优解，即量子通信网络连通性最优时，纠缠粒子对分发节点的矩形编号和坐标。本发明可用于含有任意量子通信节点数目和任意拓扑结构的量子通信网络，其执行过程简单，且易于实现，量子通信网络的连通性得到显著提高。

主权项

1.一种提高量子通信网络连通性的纠缠粒子对分发节点部署方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)将量子通信网络区域进行划分，分割成a行b列大小相同的小矩形，对每个小矩形进行编号，编号为区间[1,a*b]内的整数，并计算每个小矩形的中心位置，其中a、b为大于1的整数；(2)对于含有n个量子通信节点的通信网络，在区间[1,a*b]内随机选取m个整数，在每个所选取的整数所对应的小矩形的中心位置部署纠缠粒子分发节点，计算量子通信网络连通度QC，所述QC为网络中两个量子通信节点能建立量子通信链路的对数与总量子通信节点对数之比，其中n、m为大于1的整数；(3)以提高QC为目标利用优化算法计算m个纠缠粒子对分发节点部署位置的最优解，所述最优解为QC最优时，纠缠粒子对分发节点的矩形编号集合X和坐标集合Q；所述步骤(2)中计算量子通信网络连通度的方法为：(2.1)定义量子通信节点顶点集合V，V中有n个元素，元素v_i表示第i个量子通信节点编号；定义量子通信节点坐标集合P，P中有n个元素，元素p_i＝(px_i,py_i)表示第i个量子通信节点的坐标；纠缠粒子对分发节点所在的矩形编号集合为X，X中含有m个元素，x_k表示第k个纠缠粒子对分发节点在矩阵中的编号，计算纠缠粒子对分发节点坐标，用集合Q表示，元素q_k＝(qx_k,qy_k)表示编号为x_k的矩形的中心位置；(2.2)计算每个纠缠粒子对分发节点的分发范围能覆盖到的量子通信节点，所述分发范围能覆盖到的量子通信节点为距离小于纠缠粒子对分发范围半径R的量子通信节点，记第k个纠缠粒子分发节点能覆盖的通信节点集合为C(k)，k＝1,2,…,m；(2.3)构造(n+m)*(n+m)维网络邻接矩阵W，矩阵中所有元素初始值都为∞，表示两两节点之间都不连通，其中前n行和列表示量子通信节点，后m行和列表示纠缠粒子对分发节点，令k＝1；(2.4)根据第k个纠缠粒子分发节点能覆盖的通信节点集合C(k)，将W第k+n行和第k+n列中，第k个纠缠粒子对分发节点覆盖的量子通信节点位置的元素设为1，表示第k个纠缠粒子对分发节点与这些量子通信节点连通；(2.5)令k＝k+1，若k≤m，返回步骤(2.4)，否则进行步骤(2.6)；(2.6)根据网络邻接矩阵W，计算网络中任意两点之间的最短路径得到矩阵D₀，截取矩阵D₀前n行和列的子矩阵D，矩阵中第i行第j列元素d_ij表示量子通信节点i和量子通信节点j之间的最短路径距离，d_ij值为∞表示两量子通信节点不连通，否则表示连通，统计连通的量子通信节点对数s，量子通信网络连通度