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import aiohttp
from typing import Dict, List, Any, Optional, Tuple
import logging
from dataclasses import dataclass
from enum import Enum
import hashlib
import random
import time
class QuantumConnectionType(Enum):
"""Types de connexion quantique"""
BELL_PAIR = "bell_pair"
GHZ_STATE = "ghz_state"
CLUSTER_STATE = "cluster_state"
QUANTUM_INTERNET = "quantum_internet"
class NetworkTopology(Enum):
"""Topologies de réseau quantique"""
STAR = "star"
MESH = "mesh"
RING = "ring"
HYBRID = "hybrid"
QUANTUM_FULLY_CONNECTED = "quantum_fully_connected"
@dataclass
class QuantumNode:
"""Nœud du réseau quantique"""
node_id: str
location: str
quantum_resources: Dict[str, Any]
connection_capacity: int
entangled_links: List[str]
latency: float
status: str = "active"
@dataclass
class QuantumChannel:
"""Canal de communication quantique"""
channel_id: str
node_a: str
node_b: str
entanglement_fidelity: float
bandwidth: float
quantum_memory: bool
established_at: float
class QuantumNetworkManager:
"""
Gestionnaire de réseau quantique global
avec établissement automatique de liens intriqués
"""
def __init__(self):
self.logger = logging.getLogger("quantum_network")
self.quantum_nodes: Dict[str, QuantumNode] = {}
self.quantum_channels: Dict[str, QuantumChannel] = {}
self.entanglement_pairs: List[Tuple[str, str]] = []
self.network_topology = NetworkTopology.HYBRID
self.quantum_routing_table: Dict[str, List[str]] = {}
async def initialize(self):
"""Initialise le réseau quantique"""
self.logger.info("🌐 Initialisation du réseau quantique...")
try:
await self._discover_quantum_nodes()
await self._establish_base_topology()
await self._calibrate_quantum_links()
await self._build_routing_table()
self.logger.info("✅ Réseau quantique initialisé")
return True
except Exception as e:
self.logger.error(f"❌ Erreur d'initialisation réseau quantique: {e}")
return False
async def establish_quantum_connection(self, node_a: str, node_b: str,
connection_type: QuantumConnectionType) -> QuantumChannel:
"""Établit une connexion quantique entre deux nœuds"""
try:
if node_a not in self.quantum_nodes or node_b not in self.quantum_nodes:
raise ValueError("Nœuds quantiques introuvables")
# Vérification de la capacité des nœuds
if (len(self.quantum_nodes[node_a].entangled_links) >= self.quantum_nodes[node_a].connection_capacity or
len(self.quantum_nodes[node_b].entangled_links) >= self.quantum_nodes[node_b].connection_capacity):
raise ValueError("Capacité de connexion dépassée")
# Création du canal quantique
channel_id = f"qchannel_{hashlib.md5(f'{node_a}{node_b}{time.time()}'.encode()).hexdigest()[:8]}"
quantum_channel = QuantumChannel(
channel_id=channel_id,
node_a=node_a,
node_b=node_b,
entanglement_fidelity=await self._calculate_entanglement_fidelity(node_a, node_b),
bandwidth=await self._calculate_quantum_bandwidth(node_a, node_b),
quantum_memory=True,
established_at=time.time()
)
self.quantum_channels[channel_id] = quantum_channel
# Établissement de l'intrication
await self._establish_quantum_entanglement(node_a, node_b, connection_type)
# Mise à jour des nœuds
self.quantum_nodes[node_a].entangled_links.append(node_b)
self.quantum_nodes[node_b].entangled_links.append(node_a)
# Mise à jour de la table de routage
await self._update_routing_table()
self.logger.info(f"🔗 Connexion quantique établie: {node_a} ↔ {node_b} (fidélité: {quantum_channel.entanglement_fidelity:.3f})")
return quantum_channel
except Exception as e:
self.logger.error(f"Erreur établissement connexion quantique: {e}")
raise
async def create_quantum_network_topology(self, topology: NetworkTopology) -> bool:
"""Crée une topologie de réseau quantique spécifique"""
try:
self.network_topology = topology
self.logger.info(f"🕸️ Création de la topologie {topology.value}...")
if topology == NetworkTopology.STAR:
await self._create_star_topology()
elif topology == NetworkTopology.MESH:
await self._create_mesh_topology()
elif topology == NetworkTopology.RING:
await self._create_ring_topology()
elif topology == NetworkTopology.QUANTUM_FULLY_CONNECTED:
await self._create_fully_connected_topology()
elif topology == NetworkTopology.HYBRID:
await self._create_hybrid_topology()
await self._update_routing_table()
self.logger.info(f"✅ Topologie {topology.value} créée avec {len(self.quantum_channels)} canaux")
return True
except Exception as e:
self.logger.error(f"Erreur création topologie: {e}")
return False
async def quantum_teleport_data(self, data: Any, source_node: str, target_node: str) -> Dict[str, Any]:
"""Téléporte des données via le réseau quantique"""
try:
# Vérification de la connexion quantique
if not await self._check_quantum_connection(source_node, target_node):
self.logger.info(f"🔗 Établissement de connexion quantique pour téléportation...")
await self.establish_quantum_connection(source_node, target_node, QuantumConnectionType.BELL_PAIR)
# Préparation de l'état quantique
quantum_state = await self._encode_data_to_quantum_state(data)
# Téléportation quantique
teleportation_result = await self._perform_quantum_teleportation(
quantum_state, source_node, target_node
)
return {
"data_teleported": data,
"source": source_node,
"target": target_node,
"success": teleportation_result["success"],
"fidelity": teleportation_result["fidelity"],
"teleportation_time": teleportation_result["time"],
"quantum_channel_used": await self._find_quantum_channel(source_node, target_node)
}
except Exception as e:
self.logger.error(f"Erreur téléportation quantique: {e}")
return {"error": str(e)}
async def distribute_quantum_state(self, quantum_state: Dict[str, Any],
target_nodes: List[str]) -> Dict[str, Any]:
"""Distribue un état quantique à multiples nœuds"""
try:
distribution_results = {}
for node in target_nodes:
if node not in self.quantum_nodes:
self.logger.warning(f"⚠️ Nœud {node} non trouvé, ignoré")
continue
result = await self._distribute_to_node(quantum_state, node)
distribution_results[node] = result
return {
"original_state": quantum_state,
"distribution_results": distribution_results,
"consistency_check": await self._verify_state_consistency(distribution_results),
"distribution_efficiency": await self._calculate_distribution_efficiency(distribution_results)
}
except Exception as e:
self.logger.error(f"Erreur distribution état quantique: {e}")
return {"error": str(e)}
async def establish_global_entanglement(self) -> bool:
"""Établit une intrication quantique globale"""
try:
node_ids = list(self.quantum_nodes.keys())
if len(node_ids) < 2:
raise ValueError("Pas assez de nœuds pour l'intrication globale")
self.logger.info(f"🌀 Établissement de l'intrication quantique globale avec {len(node_ids)} nœuds...")
# Création d'un état GHZ global
await self._create_global_ghz_state(node_ids)
# Vérification de l'intrication globale
global_entanglement = await self._verify_global_entanglement()
if global_entanglement:
self.logger.info(f"🌍 Intrication quantique globale établie: {len(node_ids)} nœuds")
else:
self.logger.warning("⚠️ Intrication globale partielle seulement")
return global_entanglement
except Exception as e:
self.logger.error(f"Erreur intrication globale: {e}")
return False
async def optimize_network_routing(self, data_type: str, priority: str = "latency") -> Dict[str, Any]:
"""Optimise le routage sur le réseau quantique"""
try:
routing_strategy = await self._select_routing_strategy(data_type, priority)
optimized_routes = await self._calculate_optimized_routes(routing_strategy)
return {
"routing_strategy": routing_strategy,
"optimized_routes": optimized_routes,
"estimated_improvement": await self._estimate_routing_improvement(optimized_routes),
"quantum_advantages": await self._identify_quantum_advantages(optimized_routes),
"topology_efficiency": await self._calculate_topology_efficiency()
}
except Exception as e:
self.logger.error(f"Erreur optimisation routage: {e}")
return {"error": str(e)}
async def add_quantum_node(self, node_id: str, location: str, resources: Dict[str, Any]) -> bool:
"""Ajoute un nouveau nœud au réseau quantique"""
try:
if node_id in self.quantum_nodes:
self.logger.warning(f"⚠️ Nœud {node_id} existe déjà")
return False
new_node = QuantumNode(
node_id=node_id,
location=location,
quantum_resources=resources,
connection_capacity=resources.get("max_connections", 10),
entangled_links=[],
latency=resources.get("base_latency", 10.0)
)
self.quantum_nodes[node_id] = new_node
# Intégration automatique dans la topologie existante
await self._integrate_new_node(node_id)
await self._update_routing_table()
self.logger.info(f"🆕 Nœud quantique ajouté: {node_id} à {location}")
return True
except Exception as e:
self.logger.error(f"Erreur ajout nœud: {e}")
return False
async def get_network_statistics(self) -> Dict[str, Any]:
"""Retourne les statistiques du réseau quantique"""
total_entanglements = sum(len(node.entangled_links) for node in self.quantum_nodes.values()) // 2
return {
"total_nodes": len(self.quantum_nodes),
"total_channels": len(self.quantum_channels),
"total_entanglements": total_entanglements,
"network_topology": self.network_topology.value,
"average_fidelity": np.mean([ch.entanglement_fidelity for ch in self.quantum_channels.values()]) if self.quantum_channels else 0,
"network_coverage": await self._calculate_network_coverage(),
"quantum_connectivity": await self._calculate_quantum_connectivity()
}
async def _discover_quantum_nodes(self):
"""Découvre les nœuds quantiques disponibles"""
self.logger.info("🔍 Découverte des nœuds quantiques...")
# Simulation de découverte de nœuds
quantum_nodes_data = [
("quantum_hub_paris", "Paris, France", {"qubits": 128, "coherence_time": 150.0, "gate_fidelity": 0.998, "max_connections": 20}),
("quantum_hub_newyork", "New York, USA", {"qubits": 256, "coherence_time": 120.0, "gate_fidelity": 0.995, "max_connections": 25}),
("quantum_hub_tokyo", "Tokyo, Japan", {"qubits": 192, "coherence_time": 140.0, "gate_fidelity": 0.997, "max_connections": 18}),
("quantum_hub_sydney", "Sydney, Australia", {"qubits": 96, "coherence_time": 130.0, "gate_fidelity": 0.996, "max_connections": 15}),
("quantum_edge_london", "London, UK", {"qubits": 64, "coherence_time": 100.0, "gate_fidelity": 0.992, "max_connections": 12}),
("quantum_edge_singapore", "Singapore", {"qubits": 80, "coherence_time": 110.0, "gate_fidelity": 0.994, "max_connections": 10}),
("quantum_edge_sao_paulo", "Sao Paulo, Brazil", {"qubits": 72, "coherence_time": 90.0, "gate_fidelity": 0.991, "max_connections": 8})
]
for node_id, location, resources in quantum_nodes_data:
self.quantum_nodes[node_id] = QuantumNode(
node_id=node_id,
location=location,
quantum_resources=resources,
connection_capacity=resources["max_connections"],
entangled_links=[],
latency=random.uniform(5, 50) # Latence simulée en ms
)
self.logger.info(f"📡 {len(self.quantum_nodes)} nœuds quantiques découverts")
async def _establish_base_topology(self):
"""Établit la topologie de base"""
self.logger.info("🕸️ Établissement de la topologie de base...")
# Connexions de base entre hubs principaux pour former un réseau backbone
hubs = [node_id for node_id in self.quantum_nodes.keys() if "hub" in node_id]
# Création d'un anneau backbone entre les hubs
for i in range(len(hubs)):
next_index = (i + 1) % len(hubs)
await self.establish_quantum_connection(
hubs[i], hubs[next_index], QuantumConnectionType.BELL_PAIR
)
async def _calibrate_quantum_links(self):
"""Calibre les liens quantiques"""
self.logger.info("🎛️ Calibration des liens quantiques...")
for channel_id, channel in self.quantum_channels.items():
# Simulation de calibration - amélioration de la fidélité
calibration_improvement = random.uniform(1.02, 1.08)
calibrated_fidelity = min(0.995, channel.entanglement_fidelity * calibration_improvement)
self.quantum_channels[channel_id].entanglement_fidelity = calibrated_fidelity
self.logger.info("✅ Calibration des liens quantiques terminée")
async def _build_routing_table(self):
"""Construit la table de routage quantique"""
self.quantum_routing_table = {}
for node_id in self.quantum_nodes.keys():
self.quantum_routing_table[node_id] = await self._calculate_routes_from_node(node_id)
async def _calculate_entanglement_fidelity(self, node_a: str, node_b: str) -> float:
"""Calcule la fidélité d'intrication entre deux nœuds"""
# Facteurs influençant la fidélité
distance_factor = await self._calculate_distance_factor(node_a, node_b)
resource_quality = await self._calculate_resource_quality(node_a, node_b)
environmental_factor = random.uniform(0.95, 0.99) # Bruit environnemental
base_fidelity = 0.96
fidelity = base_fidelity * distance_factor * resource_quality * environmental_factor
return min(0.99, fidelity)
async def _calculate_quantum_bandwidth(self, node_a: str, node_b: str) -> float:
"""Calcule la bande passante quantique"""
# Dépend des ressources des nœuds et de la distance
node_a_resources = self.quantum_nodes[node_a].quantum_resources
node_b_resources = self.quantum_nodes[node_b].quantum_resources
min_qubits = min(node_a_resources["qubits"], node_b_resources["qubits"])
coherence_bottleneck = min(node_a_resources["coherence_time"], node_b_resources["coherence_time"])
# Bande passante en qubits/seconde (simplifié)
bandwidth = min_qubits * (coherence_bottleneck / 1000.0) * 0.1
return bandwidth
async def _establish_quantum_entanglement(self, node_a: str, node_b: str, connection_type: QuantumConnectionType):
"""Établit l'intrication quantique"""
if connection_type == QuantumConnectionType.BELL_PAIR:
await self._create_bell_pair(node_a, node_b)
elif connection_type == QuantumConnectionType.GHZ_STATE:
additional_nodes = self._find_additional_nodes(2) # Besoin de 2 nœuds supplémentaires pour GHZ
await self._create_ghz_state([node_a, node_b] + additional_nodes)
elif connection_type == QuantumConnectionType.CLUSTER_STATE:
await self._create_cluster_state([node_a, node_b])
elif connection_type == QuantumConnectionType.QUANTUM_INTERNET:
await self._create_quantum_internet_connection(node_a, node_b)
self.entanglement_pairs.append((node_a, node_b))
self.logger.debug(f"⚛️ Intrication {connection_type.value} établie: {node_a} ↔ {node_b}")
async def _create_star_topology(self):
"""Crée une topologie en étoile"""
hubs = [node_id for node_id in self.quantum_nodes.keys() if "hub" in node_id]
edges = [node_id for node_id in self.quantum_nodes.keys() if "edge" in node_id]
if not hubs:
self.logger.warning("Aucun hub trouvé pour la topologie en étoile")
return
central_hub = hubs[0] # Premier hub comme centre
# Connecter tous les autres nœuds au hub central
for node in hubs[1:] + edges:
if node != central_hub:
await self.establish_quantum_connection(central_hub, node, QuantumConnectionType.BELL_PAIR)
async def _create_mesh_topology(self):
"""Crée une topologie maillée"""
all_nodes = list(self.quantum_nodes.keys())
for i in range(len(all_nodes)):
for j in range(i + 1, len(all_nodes)):
# Connecter chaque paire de nœuds
await self.establish_quantum_connection(
all_nodes[i], all_nodes[j], QuantumConnectionType.BELL_PAIR
)
async def _create_ring_topology(self):
"""Crée une topologie en anneau"""
all_nodes = list(self.quantum_nodes.keys())
for i in range(len(all_nodes)):
next_index = (i + 1) % len(all_nodes)
await self.establish_quantum_connection(
all_nodes[i], all_nodes[next_index], QuantumConnectionType.BELL_PAIR
)
async def _create_fully_connected_topology(self):
"""Crée une topologie entièrement connectée"""
await self._create_mesh_topology() # Mesh est déjà fully connected
async def _create_hybrid_topology(self):
"""Crée une topologie hybride"""
# Hubs en mesh, edges connectés aux hubs les plus proches
hubs = [node_id for node_id in self.quantum_nodes.keys() if "hub" in node_id]
edges = [node_id for node_id in self.quantum_nodes.keys() if "edge" in node_id]
# Mesh entre hubs
for i in range(len(hubs)):
for j in range(i + 1, len(hubs)):
await self.establish_quantum_connection(hubs[i], hubs[j], QuantumConnectionType.BELL_PAIR)
# Étoile pour les edges
for edge in edges:
# Trouver le hub le plus proche (simulé)
closest_hub = await self._find_closest_hub(edge, hubs)
if closest_hub:
await self.establish_quantum_connection(closest_hub, edge, QuantumConnectionType.BELL_PAIR)
async def _check_quantum_connection(self, node_a: str, node_b: str) -> bool:
"""Vérifie si une connexion quantique existe"""
for channel in self.quantum_channels.values():
if (channel.node_a == node_a and channel.node_b == node_b) or \
(channel.node_a == node_b and channel.node_b == node_a):
return True
return False
async def _encode_data_to_quantum_state(self, data: Any) -> Dict[str, Any]:
"""Encode des données en état quantique"""
data_str = str(data)
data_hash = hashlib.md5(data_str.encode()).hexdigest()
# Simulation d'encodage quantique
qubits_required = (len(data_str) // 8) + 1
return {
"encoded_data": data,
"quantum_representation": f"|ψ_{data_hash[:8]}>",
"qubits_required": qubits_required,
"entanglement_pattern": "bell_state_encoding",
"compression_ratio": len(data_str) / qubits_required
}
async def _perform_quantum_teleportation(self, quantum_state: Dict[str, Any],
source: str, target: str) -> Dict[str, Any]:
"""Effectue la téléportation quantique"""
# Simulation de téléportation quantique
channel = await self._find_quantum_channel(source, target)
if not channel:
return {"success": False, "fidelity": 0.0, "time": 0.0}
# Temps de téléportation proportionnel aux qubits et à la fidélité
base_time = quantum_state["qubits_required"] * 0.01 # 10ms par qubit
fidelity_penalty = (1.0 - channel.entanglement_fidelity) * 0.5
teleportation_time = base_time * (1.0 + fidelity_penalty)
# Probabilité de succès basée sur la fidélité
success_probability = channel.entanglement_fidelity * 0.95 # 95% de la fidélité
return {
"success": random.random() < success_probability,
"fidelity": channel.entanglement_fidelity,
"time": teleportation_time,
"resources_used": quantum_state["qubits_required"] * 3 # Qubits de téléportation
}
async def _distribute_to_node(self, quantum_state: Dict[str, Any], node: str) -> Dict[str, Any]:
"""Distribue un état quantique à un nœud spécifique"""
# Simulation de distribution
distribution_time = quantum_state["qubits_required"] * 0.005 # 5ms par qubit
success_rate = random.uniform(0.85, 0.98)
return {
"node": node,
"state_received": random.random() < success_rate,
"fidelity": random.uniform(0.88, 0.96),
"distribution_time": distribution_time,
"verification_passed": random.random() < 0.95,
"quantum_memory_used": quantum_state["qubits_required"]
}
async def _verify_state_consistency(self, distribution_results: Dict[str, Any]) -> bool:
"""Vérifie la cohérence des états distribués"""
successful_distributions = [result for result in distribution_results.values()
if result.get("state_received", False) and result.get("verification_passed", False)]
# Dans un vrai système quantique, on vérifierait les corrélations quantiques
consistency_threshold = 0.8 # 80% de distributions réussies
consistency_ratio = len(successful_distributions) / len(distribution_results) if distribution_results else 0
return consistency_ratio >= consistency_threshold
async def _calculate_distribution_efficiency(self, distribution_results: Dict[str, Any]) -> float:
"""Calcule l'efficacité de la distribution"""
if not distribution_results:
return 0.0
total_time = sum(result.get("distribution_time", 0) for result in distribution_results.values())
successful = sum(1 for result in distribution_results.values() if result.get("state_received", False))
efficiency = (successful / len(distribution_results)) * (1.0 / (total_time + 0.1)) # Éviter division par zéro
return min(1.0, efficiency * 10) # Normalisation
async def _create_global_ghz_state(self, node_ids: List[str]):
"""Crée un état GHZ global"""
if len(node_ids) < 3:
self.logger.warning("GHZ state requires at least 3 nodes")
return
# Simulation de création d'état GHZ
# Dans la réalité, cela nécessiterait une synchronisation complexe
for i in range(len(node_ids)):
for j in range(i + 1, len(node_ids)):
# Établir des connexions pour l'état GHZ
if not await self._check_quantum_connection(node_ids[i], node_ids[j]):
await self.establish_quantum_connection(
node_ids[i], node_ids[j], QuantumConnectionType.GHZ_STATE
)
async def _verify_global_entanglement(self) -> bool:
"""Vérifie l'intrication globale"""
connected_nodes = set()
for pair in self.entanglement_pairs:
connected_nodes.add(pair[0])
connected_nodes.add(pair[1])
# Vérifier que tous les nœuds sont connectés directement ou indirectement
return len(connected_nodes) == len(self.quantum_nodes)
async def _select_routing_strategy(self, data_type: str, priority: str) -> str:
"""Sélectionne la stratégie de routage"""
strategies = {
"latency": "quantum_shortest_path",
"reliability": "quantum_redundant_path",
"security": "quantum_entangled_path",
"capacity": "quantum_multipath",
"efficiency": "quantum_adaptive_routing"
}
# Adaptation en fonction du type de données
if "sensitive" in data_type:
return "quantum_entangled_path"
elif "bulk" in data_type:
return "quantum_multipath"
else:
return strategies.get(priority, "quantum_adaptive_routing")
async def _calculate_optimized_routes(self, strategy: str) -> Dict[str, List[str]]:
"""Calcule les routes optimisées"""
routes = {}
for source in self.quantum_nodes.keys():
for target in self.quantum_nodes.keys():
if source != target:
if strategy == "quantum_shortest_path":
route = await self._shortest_path_route(source, target)
elif strategy == "quantum_redundant_path":
route = await self._redundant_path_route(source, target)
elif strategy == "quantum_entangled_path":
route = await self._entangled_path_route(source, target)
elif strategy == "quantum_multipath":
route = await self._multipath_route(source, target)
else: # quantum_adaptive_routing
route = await self._adaptive_route(source, target)
routes[f"{source}->{target}"] = route
return routes
async def _estimate_routing_improvement(self, optimized_routes: Dict[str, List[str]]) -> float:
"""Estime l'amélioration du routage"""
# Calculer la métrique d'efficacité moyenne
total_efficiency = 0
route_count = 0
for route_path in optimized_routes.values():
if len(route_path) >= 2:
efficiency = 1.0 / len(route_path) # Plus court = plus efficace
total_efficiency += efficiency
route_count += 1
avg_efficiency = total_efficiency / route_count if route_count > 0 else 0
return min(1.0, avg_efficiency * 2) # Normalisation
async def _identify_quantum_advantages(self, optimized_routes: Dict[str, List[str]]) -> List[str]:
"""Identifie les avantages quantiques"""
advantages = []
# Vérifier l'utilisation de l'intrication
entangled_routes = sum(1 for route in optimized_routes.values()
if any(self._is_entangled_pair(route[i], route[i+1])
for i in range(len(route)-1)))
if entangled_routes > len(optimized_routes) * 0.3: # 30% des routes utilisent l'intrication
advantages.append("entanglement_based_routing")
# Vérifier le multipath
multipath_routes = sum(1 for route in optimized_routes.values() if len(route) > 2)
if multipath_routes > len(optimized_routes) * 0.4: # 40% des routes sont multipath
advantages.append("quantum_multipath_capability")
# Vérifier la redondance quantique
if len(self.entanglement_pairs) > len(self.quantum_nodes) * 2:
advantages.append("quantum_redundancy")
return advantages
async def _calculate_topology_efficiency(self) -> float:
"""Calcule l'efficacité de la topologie"""
total_possible_connections = len(self.quantum_nodes) * (len(self.quantum_nodes) - 1) // 2
actual_connections = len(self.quantum_channels)
if total_possible_connections == 0:
return 0.0
connection_efficiency = actual_connections / total_possible_connections
# Pénalité pour la latence moyenne
avg_latency = np.mean([node.latency for node in self.quantum_nodes.values()])
latency_penalty = min(1.0, avg_latency / 100.0) # Normalisation sur 100ms
return connection_efficiency * (1.0 - latency_penalty)
async def _integrate_new_node(self, new_node_id: str):
"""Intègre un nouveau nœud dans la topologie existante"""
# Stratégie d'intégration basée sur la topologie actuelle
if self.network_topology == NetworkTopology.STAR:
await self._integrate_into_star(new_node_id)
elif self.network_topology == NetworkTopology.MESH:
await self._integrate_into_mesh(new_node_id)
elif self.network_topology == NetworkTopology.RING:
await self._integrate_into_ring(new_node_id)
else: # HYBRID ou autres
await self._integrate_into_hybrid(new_node_id)
async def _update_routing_table(self):
"""Met à jour la table de routage"""
self.quantum_routing_table = {}
for node_id in self.quantum_nodes.keys():
self.quantum_routing_table[node_id] = await self._calculate_routes_from_node(node_id)
async def _calculate_routes_from_node(self, source: str) -> List[str]:
"""Calcule les routes disponibles depuis un nœud"""
routes = []
for target in self.quantum_nodes.keys():
if source != target:
route = await self._shortest_path_route(source, target)
routes.append(route)
return routes
async def _calculate_network_coverage(self) -> float:
"""Calcule la couverture du réseau"""
connected_components = await self._find_connected_components()
largest_component = max(connected_components, key=len) if connected_components else []
return len(largest_component) / len(self.quantum_nodes) if self.quantum_nodes else 0.0
async def _calculate_quantum_connectivity(self) -> float:
"""Calcule la connectivité quantique"""
total_possible_entanglements = len(self.quantum_nodes) * (len(self.quantum_nodes) - 1) // 2
actual_entanglements = len(self.entanglement_pairs)
return actual_entanglements / total_possible_entanglements if total_possible_entanglements > 0 else 0.0
# Méthodes utilitaires (implémentations simplifiées)
async def _calculate_distance_factor(self, node_a: str, node_b: str) -> float:
"""Calcule le facteur de distance pour la fidélité"""
# Simulation basée sur la localisation
locations = {
"paris": (48.8566, 2.3522),
"newyork": (40.7128, -74.0060),
"tokyo": (35.6762, 139.6503),
"sydney": (-33.8688, 151.2093),
"london": (51.5074, -0.1278),
"singapore": (1.3521, 103.8198),
"sao_paulo": (-23.5505, -46.6333)
}
# Extraire la ville des node_id
def extract_city(node_id):
for city in locations.keys():
if city in node_id.lower():
return city
return "paris" # Par défaut
city_a = extract_city(node_a)
city_b = extract_city(node_b)
if city_a == city_b:
return 0.98 # Même ville
# Distance simulée (plus la distance est grande, plus la fidélité baisse)
base_factor = 0.95
distance_penalty = random.uniform(0.02, 0.08)
return max(0.8, base_factor - distance_penalty)
async def _calculate_resource_quality(self, node_a: str, node_b: str) -> float:
"""Calcule la qualité des ressources"""
node_a_quality = self.quantum_nodes[node_a].quantum_resources["gate_fidelity"]
node_b_quality = self.quantum_nodes[node_b].quantum_resources["gate_fidelity"]
return (node_a_quality + node_b_quality) / 2
async def _find_quantum_channel(self, node_a: str, node_b: str) -> Optional[QuantumChannel]:
"""Trouve le canal quantique entre deux nœuds"""
for channel in self.quantum_channels.values():
if (channel.node_a == node_a and channel.node_b == node_b) or \
(channel.node_a == node_b and channel.node_b == node_a):
return channel
return None
def _find_additional_nodes(self, count: int) -> List[str]:
"""Trouve des nœuds supplémentaires pour les états multi-partites"""
available_nodes = [node for node in self.quantum_nodes.keys()
if len(self.quantum_nodes[node].entangled_links) < self.quantum_nodes[node].connection_capacity - 1]
return available_nodes[:count]
async def _find_closest_hub(self, edge_node: str, hubs: List[str]) -> Optional[str]:
"""Trouve le hub le plus proche d'un nœud edge"""
if not hubs:
return None
# Simulation basée sur la latence
min_latency = float('inf')
closest_hub = None
for hub in hubs:
# Estimation de latence basée sur la localisation
latency_estimate = self.quantum_nodes[edge_node].latency + self.quantum_nodes[hub].latency
if latency_estimate < min_latency:
min_latency = latency_estimate
closest_hub = hub
return closest_hub
def _is_entangled_pair(self, node_a: str, node_b: str) -> bool:
"""Vérifie si deux nœuds sont intriqués"""
return (node_a, node_b) in self.entanglement_pairs or (node_b, node_a) in self.entanglement_pairs
async def _find_connected_components(self) -> List[List[str]]:
"""Trouve les composantes connexes du réseau"""
visited = set()
components = []
for node in self.quantum_nodes.keys():
if node not in visited:
component = await self._bfs_connected_component(node)
components.append(component)
visited.update(component)
return components
async def _bfs_connected_component(self, start_node: str) -> List[str]:
"""Trouve la composante connexe par BFS"""
visited = set()
queue = [start_node]
while queue:
node = queue.pop(0)
if node not in visited:
visited.add(node)
# Ajouter les voisins (nœuds connectés)
for channel in self.quantum_channels.values():
if channel.node_a == node and channel.node_b not in visited:
queue.append(channel.node_b)
elif channel.node_b == node and channel.node_a not in visited:
queue.append(channel.node_a)
return list(visited)
# Algorithmes de routage (implémentations simplifiées)
async def _shortest_path_route(self, source: str, target: str) -> List[str]:
"""Calcule le chemin le plus court"""
# Implémentation simplifiée du plus court chemin
if await self._check_quantum_connection(source, target):
return [source, target]
# Chercher un chemin via un nœud intermédiaire
for intermediate in self.quantum_nodes.keys():
if (intermediate != source and intermediate != target and
await self._check_quantum_connection(source, intermediate) and
await self._check_quantum_connection(intermediate, target)):
return [source, intermediate, target]
return [source, target] # Retourner le chemin direct même s'il n'existe pas
async def _redundant_path_route(self, source: str, target: str) -> List[str]:
"""Calcule un chemin redondant"""
base_route = await self._shortest_path_route(source, target)
# Ajouter un chemin alternatif si possible
return base_route
async def _entangled_path_route(self, source: str, target: str) -> List[str]:
"""Calcule un chemin utilisant l'intrication"""
route = await self._shortest_path_route(source, target)
# Marquer les paires intriquées dans le chemin
return route
async def _multipath_route(self, source: str, target: str) -> List[str]:
"""Calcule un chemin multipath"""
route = await self._shortest_path_route(source, target)
# Étendre pour supporter multiple chemins
return route
async def _adaptive_route(self, source: str, target: str) -> List[str]:
"""Calcule un chemin adaptatif"""
# Utiliser différentes stratégies selon les conditions
return await self._shortest_path_route(source, target)
async def _integrate_into_star(self, new_node_id: str):
"""Intègre un nouveau nœud dans une topologie en étoile"""
hubs = [node_id for node_id in self.quantum_nodes.keys() if "hub" in node_id and node_id != new_node_id]
if hubs:
central_hub = hubs[0] # Premier hub disponible
await self.establish_quantum_connection(central_hub, new_node_id, QuantumConnectionType.BELL_PAIR)
async def _integrate_into_mesh(self, new_node_id: str):
"""Intègre un nouveau nœud dans une topologie maillée"""
# Connecter à quelques nœuds existants
existing_nodes = [node for node in self.quantum_nodes.keys() if node != new_node_id]
connections_to_make = min(3, len(existing_nodes)) # Maximum 3 connexions
for i in range(connections_to_make):
if i < len(existing_nodes):
await self.establish_quantum_connection(new_node_id, existing_nodes[i], QuantumConnectionType.BELL_PAIR)
async def _integrate_into_ring(self, new_node_id: str):
"""Intègre un nouveau nœud dans une topologie en anneau"""
existing_nodes = [node for node in self.quantum_nodes.keys() if node != new_node_id]
if len(existing_nodes) >= 2:
# Insérer dans l'anneau en cassant une connexion et en créant deux nouvelles
node_a, node_b = existing_nodes[0], existing_nodes[1]
await self.establish_quantum_connection(new_node_id, node_a, QuantumConnectionType.BELL_PAIR)
await self.establish_quantum_connection(new_node_id, node_b, QuantumConnectionType.BELL_PAIR)
async def _integrate_into_hybrid(self, new_node_id: str):
"""Intègre un nouveau nœud dans une topologie hybride"""
if "hub" in new_node_id:
# Nouveau hub - connecter à d'autres hubs
hubs = [node for node in self.quantum_nodes.keys() if "hub" in node and node != new_node_id]
for hub in hubs[:2]: # Connecter à 2 hubs existants
await self.establish_quantum_connection(new_node_id, hub, QuantumConnectionType.BELL_PAIR)
else:
# Nouveau edge - connecter au hub le plus proche
hubs = [node for node in self.quantum_nodes.keys() if "hub" in node]
closest_hub = await self._find_closest_hub(new_node_id, hubs)
if closest_hub:
await self.establish_quantum_connection(closest_hub, new_node_id, QuantumConnectionType.BELL_PAIR)
async def _create_bell_pair(self, node_a: str, node_b: str):
"""Crée une paire de Bell"""
# Simulation de création de paire de Bell
pass
async def _create_ghz_state(self, nodes: List[str]):
"""Crée un état GHZ"""
# Simulation de création d'état GHZ
pass
async def _create_cluster_state(self, nodes: List[str]):
"""Crée un état cluster"""
# Simulation de création d'état cluster
pass
async def _create_quantum_internet_connection(self, node_a: str, node_b: str):
"""Crée une connexion quantique de type internet"""
# Simulation de connexion quantique avancée
pass
# Import numpy pour les calculs
import numpy as np
# Instance globale du gestionnaire de réseau quantique
quantum_network = QuantumNetworkManager()
async def initialize_quantum_network():
"""Initialise le réseau quantique global"""
return await quantum_network.initialize()
async def create_quantum_link(node_a: str, node_b: str):
"""Crée un lien quantique entre deux nœuds"""
return await quantum_network.establish_quantum_connection(
node_a, node_b, QuantumConnectionType.BELL_PAIR
)
async def get_network_status():
"""Retourne le statut du réseau quantique"""
return await quantum_network.get_network_statistics() |