Un framework di instradamento bi-obiettivo per reti quantistiche ibride terrestri-satellitari

Abstract degli autori

Le reti quantistiche ibride terrestri-satellitari combinano infrastrutture terrestri in fibra con collegamenti in spazio libero per consentire la distribuzione di entanglement su lunghe distanze. L’entanglement può essere instradato attraverso diverse combinazioni di collegamenti terrestri e satellitari, dando luogo a percorsi con tassi di generazione dell’entanglement (EGR) e fedeltà differenti. Gli algoritmi di instradamento esistenti, tuttavia, riducono tipicamente l’instradamento a un problema a obiettivo singolo, ottimizzando l’EGR o la fedeltà, oppure ottimizzandone uno e ponendo vincoli sull’altro, senza quindi rappresentare esplicitamente il compromesso tra i due. In questo articolo presentiamo un framework di instradamento bi-obiettivo per reti quantistiche ibride che ottimizza congiuntamente l’EGR e la fedeltà end-to-end. Formuliamo l’instradamento come un problema di ottimizzazione di Pareto e mostriamo che presenta una struttura matematica particolare: la natura a collo di bottiglia dell’EGR end-to-end e la natura moltiplicativa della fedeltà end-to-end consentono di trasformare il problema in un problema di percorso bicriterio MAXMIN-MINSUM. Questa trasformazione permette di calcolare esattamente, in tempo polinomiale, un insieme di Pareto completo minimo mediante l’algoritmo di instradamento bicriterio di Martins. I nostri risultati mostrano che le reti ibride presentano frontiere di Pareto sostanzialmente più ricche rispetto alle reti esclusivamente terrestri e che il framework proposto supera le politiche di instradamento rappresentative a obiettivo singolo, consentendo alle applicazioni di selezionare i percorsi in base ai propri requisiti di EGR e fedeltà.