Create cortex/deployment/quantum_network.py

cortex/deployment/quantum_network.py

@@ -0,0 +1,484 @@
+import asyncio
+import aiohttp
+from typing import Dict, List, Any, Optional
+import logging
+from dataclasses import dataclass
+from enum import Enum
+import hashlib
+import random
+
+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
+
+@dataclass
+class QuantumChannel:
+    """Canal de communication quantique"""
+    channel_id: str
+    node_a: str
+    node_b: str
+    entanglement_fidelity: float
+    bandwidth: float
+    quantum_memory: bool
+
+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
+        
+    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()
+            
+            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")
+            
+            # Création du canal quantique
+            channel_id = f"qchannel_{hashlib.md5(f'{node_a}{node_b}'.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
+            )
+            
+            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)
+            
+            self.logger.info(f"🔗 Connexion quantique établie: {node_a} ↔ {node_b}")
+            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
+            
+            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()
+            
+            self.logger.info(f"🕸️ Topologie {topology.value} créée")
+            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):
+                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"]
+            }
+            
+        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:
+                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)
+            }
+            
+        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")
+            
+            # 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()
+            
+            self.logger.info(f"🌍 Intrication quantique globale établie: {len(node_ids)} nœuds")
+            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)
+            }
+            
+        except Exception as e:
+            self.logger.error(f"Erreur optimisation routage: {e}")
+            return {"error": str(e)}
+    
+    async def _discover_quantum_nodes(self):
+        """Découvre les nœuds quantiques disponibles"""
+        self.logger.info("🔍 Découverte des nœuds quantiques...")
+        
+        # Simulation de découverte de nœuds
+        sample_nodes = [
+            ("quantum_hub_paris", "Paris, France"),
+            ("quantum_hub_newyork", "New York, USA"),
+            ("quantum_hub_tokyo", "Tokyo, Japan"),
+            ("quantum_hub_sydney", "Sydney, Australia"),
+            ("quantum_edge_london", "London, UK")
+        ]
+        
+        for node_id, location in sample_nodes:
+            self.quantum_nodes[node_id] = QuantumNode(
+                node_id=node_id,
+                location=location,
+                quantum_resources={
+                    "qubits": random.randint(50, 200),
+                    "coherence_time": random.uniform(50, 200),
+                    "gate_fidelity": random.uniform(0.98, 0.999)
+                },
+                connection_capacity=random.randint(10, 50),
+                entangled_links=[],
+                latency=random.uniform(1, 50)
+            )
+    
+    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
+        hubs = [node_id for node_id in self.quantum_nodes.keys() if "hub" in node_id]
+        
+        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
+                )
+    
+    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
+            calibrated_fidelity = min(0.99, channel.entanglement_fidelity * 1.05)
+            self.quantum_channels[channel_id].entanglement_fidelity = calibrated_fidelity
+    
+    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)
+        
+        base_fidelity = 0.95
+        return min(0.99, base_fidelity * distance_factor * resource_quality)
+    
+    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
+        
+        avg_qubits = (node_a_resources["qubits"] + node_b_resources["qubits"]) / 2
+        return avg_qubits * 0.1  # Mbps approximatifs
+    
+    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:
+            await self._create_ghz_state([node_a, node_b] + self._find_additional_nodes(2))
+        elif connection_type == QuantumConnectionType.CLUSTER_STATE:
+            await self._create_cluster_state([node_a, node_b])
+        
+        self.entanglement_pairs.append((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:
+            return
+        
+        central_hub = hubs[0]  # Premier hub comme centre
+        
+        for node in hubs[1:] + edges:
+            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)):
+                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 _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_hash = hashlib.md5(str(data).encode()).hexdigest()
+        return {
+            "encoded_data": data,
+            "quantum_representation": f"quantum_state_{data_hash}",
+            "qubits_required": len(str(data)) // 8 + 1
+        }
+    
+    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
+        return {
+            "success": True,
+            "fidelity": random.uniform(0.85, 0.99),
+            "time": len(str(quantum_state)) * 0.001,  # Temps proportionnel aux données
+            "resources_used": quantum_state["qubits_required"] * 2
+        }
+    
+    async def _distribute_to_node(self, quantum_state: Dict[str, Any], node: str) -> Dict[str, Any]:
+        """Distribue un état quantique à un nœud spécifique"""
+        return {
+            "node": node,
+            "state_received": True,
+            "fidelity": random.uniform(0.9, 0.99),
+            "verification_passed": True
+        }
+    
+    async def _verify_state_consistency(self, distribution_results: Dict[str, Any]) -> bool:
+        """Vérifie la cohérence des états distribués"""
+        # Dans un vrai système quantique, cela vérifierait la corrélation quantique
+        return all(result.get("verification_passed", False) for result in distribution_results.values())
+    
+    async def _create_global_ghz_state(self, node_ids: List[str]):
+        """Crée un état GHZ global"""
+        self.logger.info(f"🌀 Création d'un état GHZ global avec {len(node_ids)} nœuds")
+        
+        # Simulation de création d'état GHZ
+        for i in range(len(node_ids)):
+            for j in range(i + 1, len(node_ids)):
+                self.entanglement_pairs.append((node_ids[i], node_ids[j]))
+    
+    async def _verify_global_entanglement(self) -> bool:
+        """Vérifie l'intrication globale"""
+        # Vérifie que tous les nœuds sont connectés
+        connected_nodes = set()
+        for pair in self.entanglement_pairs:
+            connected_nodes.add(pair[0])
+            connected_nodes.add(pair[1])
+        
+        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"
+        }
+        
+        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:
+                    route = await self._find_optimal_route(source, target, strategy)
+                    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"""
+        return 0.3  # 30% d'amélioration estimée
+    
+    async def _identify_quantum_advantages(self, optimized_routes: Dict[str, List[str]]) -> List[str]:
+        """Identifie les avantages quantiques"""
+        advantages = []
+        
+        if any(len(route) > 2 for route in optimized_routes.values()):
+            advantages.append("multipath_quantum_routing")
+        
+        if len(self.entanglement_pairs) > len(self.quantum_channels) / 2:
+            advantages.append("entanglement_based_routing")
+        
+        return advantages
+    
+    async def _calculate_distance_factor(self, node_a: str, node_b: str) -> float:
+        """Calcule le facteur de distance pour la fidélité"""
+        # Simulation - dans la réalité, utiliserait la distance géographique
+        return random.uniform(0.9, 1.0)
+    
+    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 _create_bell_pair(self, node_a: str, node_b: str):
+        """Crée une paire de Bell"""
+        self.logger.debug(f"🎯 Paire de Bell créée: {node_a} ↔ {node_b}")
+    
+    async def _create_ghz_state(self, nodes: List[str]):
+        """Crée un état GHZ"""
+        self.logger.debug(f"🌀 État GHZ créé avec {len(nodes)} nœuds")
+    
+    async def _create_cluster_state(self, nodes: List[str]):
+        """Crée un état cluster"""
+        self.logger.debug(f"🔷 État cluster créé avec {len(nodes)} nœuds")
+    
+    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) < 3]
+        return available_nodes[:count]
+    
+    async def _find_optimal_route(self, source: str, target: str, strategy: str) -> List[str]:
+        """Trouve la route optimale entre deux nœuds"""
+        # Algorithme de routage quantique simplifié
+        if strategy == "quantum_shortest_path":
+            return await self._shortest_path_route(source, target)
+        else:
+            return [source, target]  # Route directe par défaut
+    
+    async def _shortest_path_route(self, source: str, target: str) -> List[str]:
+        """Calcule le chemin le plus court"""
+        # Implémentation simplifiée
+        return [source, target]
+
+# 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
+    )