Cortex/quantum/entanglement.py

import asyncio
import numpy as np
from typing import Dict, List, Any, Set
import logging
import hashlib
from dataclasses import dataclass
from enum import Enum

class EntanglementType(Enum):
    """Types d'intrication quantique"""
    BELL_STATE = "bell"
    GHZ_STATE = "ghz"
    W_STATE = "w"
    CLUSTER_STATE = "cluster"
    GRAPH_STATE = "graph"

@dataclass
class EntangledPair:
    """Paire de qubits intriqués"""
    qubit_a: str
    qubit_b: str
    entanglement_type: EntanglementType
    fidelity: float
    created_at: float
    coherence_time: float

class QuantumEntanglementManager:
    """
    Gestionnaire avancé de l'intrication quantique
    avec support de multiples états intriqués
    """
    
    def __init__(self):
        self.logger = logging.getLogger("quantum_entanglement")
        self.entangled_pairs: List[EntangledPair] = []
        self.entangled_groups: Dict[str, Set[str]] = {}
        self.entanglement_fidelity = 0.95
        
    async def initialize(self):
        """Initialise le gestionnaire d'intrication"""
        self.logger.info("🔗 Initialisation du gestionnaire d'intrication quantique...")
        
        try:
            await self._calibrate_entanglement_sources()
            self.logger.info("✅ Gestionnaire d'intrication initialisé")
            return True
            
        except Exception as e:
            self.logger.error(f"❌ Erreur d'initialisation: {e}")
            return False
    
    async def create_bell_pair(self, qubit_a: str, qubit_b: str) -> EntangledPair:
        """Crée une paire de Bell intriquée"""
        try:
            pair = EntangledPair(
                qubit_a=qubit_a,
                qubit_b=qubit_b,
                entanglement_type=EntanglementType.BELL_STATE,
                fidelity=self.entanglement_fidelity,
                created_at=asyncio.get_event_loop().time(),
                coherence_time=random.uniform(50.0, 200.0)
            )
            
            self.entangled_pairs.append(pair)
            await self._register_entangled_group({qubit_a, qubit_b})
            
            self.logger.info(f"🎯 Paire de Bell créée: {qubit_a} ↔ {qubit_b}")
            return pair
            
        except Exception as e:
            self.logger.error(f"Erreur création paire Bell: {e}")
            raise
    
    async def create_ghz_state(self, qubits: List[str]) -> bool:
        """Crée un état GHZ (Greenberger-Horne-Zeilinger)"""
        try:
            if len(qubits) < 3:
                raise ValueError("L'état GHZ nécessite au moins 3 qubits")
            
            # Création d'un état GHZ: (|000...⟩ + |111...⟩)/√2
            group_id = f"ghz_{hashlib.md5(''.join(qubits).encode()).hexdigest()[:8]}"
            self.entangled_groups[group_id] = set(qubits)
            
            self.logger.info(f"🌀 État GHZ créé avec {len(qubits)} qubits")
            return True
            
        except Exception as e:
            self.logger.error(f"Erreur création état GHZ: {e}")
            return False
    
    async def create_cluster_state(self, qubit_grid: List[List[str]]) -> bool:
        """Crée un état cluster pour le calcul quantique de mesure"""
        try:
            # Conversion de la grille en graphe d'intrication
            all_qubits = [q for row in qubit_grid for q in row]
            cluster_id = f"cluster_{hashlib.md5(str(qubit_grid).encode()).hexdigest()[:8]}"
            
            self.entangled_groups[cluster_id] = set(all_qubits)
            
            self.logger.info(f"🔷 État cluster créé: {len(qubit_grid)}x{len(qubit_grid[0])}")
            return True
            
        except Exception as e:
            self.logger.error(f"Erreur création état cluster: {e}")
            return False
    
    async def measure_entanglement(self, qubit_a: str, qubit_b: str) -> Dict[str, Any]:
        """Mesure le degré d'intrication entre deux qubits"""
        try:
            # Simulation de mesure d'intrication
            correlation = random.uniform(0.8, 0.99)
            violation_bell = correlation > 0.707  # Violation des inégalités de Bell
            
            return {
                "qubit_a": qubit_a,
                "qubit_b": qubit_b,
                "correlation": correlation,
                "bell_inequality_violated": violation_bell,
                "entanglement_present": violation_bell,
                "estimated_fidelity": correlation * 0.95
            }
            
        except Exception as e:
            self.logger.error(f"Erreur mesure intrication: {e}")
            return {"error": str(e)}
    
    async def quantum_teleportation(self, source_qubit: str, target_qubit: str, data: Any) -> Dict[str, Any]:
        """Effectue une téléportation quantique"""
        try:
            # Simulation de téléportation quantique
            teleportation_time = len(str(data)) * 0.001
            
            return {
                "source_qubit": source_qubit,
                "target_qubit": target_qubit,
                "data_teleported": data,
                "teleportation_time": f"{teleportation_time:.3f}s",
                "success": True,
                "fidelity": random.uniform(0.85, 0.99)
            }
            
        except Exception as e:
            self.logger.error(f"Erreur téléportation quantique: {e}")
            return {"error": str(e)}
    
    async def entanglement_swapping(self, pair1: tuple, pair2: tuple) -> EntangledPair:
        """Effectue un échange d'intrication"""
        try:
            a, b = pair1
            c, d = pair2
            
            # Échange d'intrication: A-B et C-D deviennent A-D
            new_pair = await self.create_bell_pair(a, d)
            
            self.logger.info(f"🔄 Échange d'intrication: {a}-{b} + {c}-{d} → {a}-{d}")
            return new_pair
            
        except Exception as e:
            self.logger.error(f"Erreur échange intrication: {e}")
            raise
    
    async def _calibrate_entanglement_sources(self):
        """Calibre les sources d'intrication"""
        self.logger.info("🎛️ Calibration des sources d'intrication...")
        await asyncio.sleep(0.3)
        
        self.entanglement_fidelity = random.uniform(0.92, 0.98)
        self.logger.info(f"📊 Fidélité d'intrication: {self.entanglement_fidelity:.3f}")
    
    async def _register_entangled_group(self, qubits: Set[str]):
        """Enregistre un groupe de qubits intriqués"""
        group_id = f"group_{hashlib.md5(''.join(qubits).encode()).hexdigest()[:8]}"
        self.entangled_groups[group_id] = qubits
    
    def get_entanglement_statistics(self) -> Dict[str, Any]:
        """Retourne les statistiques d'intrication"""
        total_entangled_qubits = set()
        for pair in self.entangled_pairs:
            total_entangled_qubits.add(pair.qubit_a)
            total_entangled_qubits.add(pair.qubit_b)
        
        for group in self.entangled_groups.values():
            total_entangled_qubits.update(group)
        
        return {
            "entangled_pairs": len(self.entangled_pairs),
            "entangled_groups": len(self.entangled_groups),
            "total_entangled_qubits": len(total_entangled_qubits),
            "avg_fidelity": np.mean([p.fidelity for p in self.entangled_pairs]) if self.entangled_pairs else 0,
            "entanglement_types": [p.entanglement_type.value for p in self.entangled_pairs]
        }

# Instance globale du gestionnaire d'intrication
entanglement_manager = QuantumEntanglementManager()

async def initialize_quantum_entanglement():
    """Initialise le système d'intrication quantique"""
    return await entanglement_manager.initialize()

async def create_quantum_link(qubit_a: str, qubit_b: str):
    """Crée un lien quantique intriqué"""
    return await entanglement_manager.create_bell_pair(qubit_a, qubit_b)