There will be a fast-paced shift from conventional network systems to novel quantum networks that are supported by the quantum entanglement and teleportation, key technologies of the quantum era, to enable secured data transmissions in the next-generation of the Internet. Despite this prospect, migration to quantum networks cannot be done at once, especially on the aspect of quantum routing. In this paper, we study the maximizing entangled routing rate (MERR) problem. In particular, given a set of demands, we try to determine entangled routing paths for the maximum number of demands in the quantum network while meeting the network's fidelity. We first formulate the MERR problem using an integer linear programming (ILP) model to capture the traffic patent for all demands in the network. We then leverage the theory of relaxation of ILP to devise two efficient algorithms including HBRA and RRA with provable approximation ratios for the objective function. To deal with the challenge of the combinatorial optimization problem in big scale networks, we also propose the path-length-based approach (PLBA) to solve the MERR problem. Using both simulations and an open quantum network simulator platform to conduct experiments with real-world topologies and traffic matrices, we evaluate the performance of our algorithms and show up the success of maximizing entangled routing rate.


翻译:将快速地从常规网络系统向新型量子网络转变,由量子网的量子缠绕和传送、量子时代的关键技术支持,以便在下一代互联网上实现安全的数据传输。尽管有这一前景,向量子网络的迁移无法立即完成,特别是在量子路由方面。在本文件中,我们研究了最大限度的缠绕路径率(MERR)问题。特别是,鉴于一系列需求,我们试图确定量子网最大数量需求的缠绕路线路径,同时满足网络的忠实性。我们首先使用整线性线性程序(ILP)模型来制定MER问题,以获取网络所有需求的交通专利权。然后我们利用ILP的放松理论来设计两种高效的算法,包括HBRA和RA,以可调和的近比率来应对目标功能。为了应对大型网络中组合式优化问题的挑战,我们还提议基于路径的方法(PLBA) 方法(PLBA) 来解决流线性网络上的最大数量模型,我们用一个模拟和最高级的运行率来评估我们的MER平台。

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