- 必威体育下载

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

摘要

在未来量子通信网络的大规模应用中, 如何根据当前用户实际情况实现资源优化配置, 比如选择最优量子密钥分发协议(quantum key distribution, QKD)和最优系统参数等, 是实现网络应用的一个重要考察指标. 传统的QKD最优协议选择以及参数优化配置方法, 大多是通过局部搜索算法来实现. 该方法需要花费大量的计算资源和时间. 为此, 本文提出了将机器学习算法应用到QKD资源优化配置之中, 通过回归机器学习的方式来同时进行不同情境下的最优协议选择以及最优协议的参数优化配置. 此外, 将包括随机森林(random forest, RF)、最近邻(k-nearest neighbor, KNN)、逻辑回归(logistic regression)等在内的多种回归机器学习模型进行对比分析. 数据仿真结果显示, 基于机器学习的新方案与基于局部搜索算法的传统方案相比, 在资源损耗方面实现了质的跨越, 而且RF在多个回归评估指标上都取得了最佳的效果. 此外, 通过残差分析, 发现以RF回归模型为代表的机器学习方案在最优协议选择以及参数优化配置方面具有很好的环境鲁棒性. 因此, 本工作将对未来量子通信网络实际应用起到重要的推进作用.

关键词:

Abstract

In the application of quantum communication networks, it is an important task to realize the optimal allocation of resources according to the current situation. For example, We need to select the optimal quantum key distribution (QKD) protocol and parameters. Traditionally, the most commonly implemented method is the local search algorithm (LSA), which costs a lot of resources. Here in this work, we propose a machine learning based scheme, in which the regression machine learning is used to simultaneously select the optimal protocol and corresponding parameters. In addition, we make comparisons among a few machine learning models including random forest (RF), K-nearest neighbor (KNN) and logistic regression. Simulation results show that the new scheme takes much less time than the LSA scheme, and the RF achieves the best performance. In addition, through the RF residual analysis, we find that the machine learning scheme has good robustness. In conclusion, this work may play an important role in promoting the practical application of quantum communication networks.

Keywords:

作者及机构信息

1.
2.

通信作者:王琴,qinw@njupt.edu.cn

基金项目:国家重点研究发展计划(批准号: 2018YFA0306400, 2017YFA0304100) 、国家自然科学基金 (批准号: 12074194) 、江苏省自然科学基金前沿技术(批准号: BK20192001)和江苏省研究生科研创新计划(批准号: KYCX20_0726)资助的课题

Authors and contacts

1.
2.

Corresponding author:Wang Qin,qinw@njupt.edu.cn

Funds:Project supported by the National Key R&D Program of China (Grant Nos. 2018 YFA0306400, 2017 YFA0304100), the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 12074194), the Leading-edge technology program of Jiangsu Natural Science Foundation (Grant No. BK20192001), and Postgraduate Research & Practice Innovation Program of Jiangsu Province (KYCX20_0726).

文章全文: translate this paragraph

参考文献

[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[27]
[28]
[29]
[30]
[31]
[32]
[33]
[34]
[35]

施引文献

下载: 全尺寸图片幻灯片

Y₀	e_d	$ \eta $	N	L/km
10^–10—10^–5	0.00—0.06	0.1—0.9	10⁶—10¹⁶	1—600

下载: 导出CSV

	RF	KNN	LR
MAE	0.002	0.012	0.038
MSE	0.016	0.049	0.131
$ {\mathit{R}}^{2} $	0.978	0.795	0.397
Accuracy	0.977	0.787	0.365

下载: 导出CSV

	机器学习方案			传统方案
Model	RF	KNN	LR	LSA
Time	1.23 s	2.95 s	5.43 s	24 h以上

下载: 导出CSV

[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[27]
[28]
[29]
[30]
[31]
[32]
[33]
[34]
[35]

[1]	周江平, 周媛媛, 周学军.非对称信道相位匹配量子密钥分发. 必威体育下载 , 2023, 72(14): 140302.doi:10.7498/aps.72.20230652
[2]	刘天乐, 徐枭, 付博伟, 徐佳歆, 刘靖阳, 周星宇, 王琴.基于回归决策树的测量设备无关型量子密钥分发参数优化. 必威体育下载 , 2023, 72(11): 110304.doi:10.7498/aps.72.20230160
[3]	朱佳莉, 曹原, 张春辉, 王琴.实用化量子密钥分发光网络中的资源优化配置. 必威体育下载 , 2023, 72(2): 020301.doi:10.7498/aps.72.20221661
[4]	孟杰, 徐乐辰, 张成峻, 张春辉, 王琴.标记单光子源在量子密钥分发中的应用. 必威体育下载 , 2022, 71(17): 170304.doi:10.7498/aps.71.20220344
[5]	叶炜, 郭迎, 夏莹, 钟海, 张欢, 丁建枝, 胡利云.基于量子催化的离散调制连续变量量子密钥分发. 必威体育下载 , 2020, 69(6): 060301.doi:10.7498/aps.69.20191689
[6]	聂敏, 刘广腾, 杨光, 裴昌幸.基于最少中继节点约束的量子VoIP路由优化策略. 必威体育下载 , 2016, 65(12): 120302.doi:10.7498/aps.65.120302
[7]	吴承峰, 杜亚男, 王金东, 魏正军, 秦晓娟, 赵峰, 张智明.弱相干光源测量设备无关量子密钥分发系统的性能优化分析. 必威体育下载 , 2016, 65(10): 100302.doi:10.7498/aps.65.100302
[8]	周飞, 雍海林, 李东东, 印娟, 任继刚, 彭承志.基于不同介质间量子密钥分发的研究. 必威体育下载 , 2014, 63(14): 140303.doi:10.7498/aps.63.140303
[9]	权东晓, 裴昌幸, 朱畅华, 刘丹.一种新的预报单光子源诱骗态量子密钥分发方案. 必威体育下载 , 2008, 57(9): 5600-5604.doi:10.7498/aps.57.5600
[10]	胡华鹏, 张静, 王金东, 黄宇娴, 路轶群, 刘颂豪, 路巍.双协议量子密钥分发系统实验研究. 必威体育下载 , 2008, 57(9): 5605-5611.doi:10.7498/aps.57.5605
[11]	张静, 王发强, 赵峰, 路轶群, 刘颂豪.时间和相位混合编码的量子密钥分发方案. 必威体育下载 , 2008, 57(8): 4941-4946.doi:10.7498/aps.57.4941
[12]	赵峰, 路轶群, 王发强, 陈霞, 李明明, 郭邦红, 廖常俊, 刘颂豪.基于微弱相干脉冲稳定差分相位量子密钥分发. 必威体育下载 , 2007, 56(4): 2175-2179.doi:10.7498/aps.56.2175
[13]	郑力明, 王发强, 刘颂豪.光纤色散与损耗对光量子密钥分发系统的影响. 必威体育下载 , 2007, 56(4): 2180-2183.doi:10.7498/aps.56.2180
[14]	何广强, 易智, 朱俊, 曾贵华.基于双模压缩态的量子密钥分发方案. 必威体育下载 , 2007, 56(11): 6427-6433.doi:10.7498/aps.56.6427
[15]	陈霞, 王发强, 路轶群, 赵峰, 李明明, 米景隆, 梁瑞生, 刘颂豪.运行双协议相位调制的量子密钥分发系统. 必威体育下载 , 2007, 56(11): 6434-6440.doi:10.7498/aps.56.6434
[16]	冯发勇, 张强.基于超纠缠交换的量子密钥分发. 必威体育下载 , 2007, 56(4): 1924-1927.doi:10.7498/aps.56.1924
[17]	陈杰, 黎遥, 吴光, 曾和平.偏振稳定控制下的量子密钥分发. 必威体育下载 , 2007, 56(9): 5243-5247.doi:10.7498/aps.56.5243
[18]	李明明, 王发强, 路轶群, 赵峰, 陈霞, 梁瑞生, 刘颂豪.高稳定的差分相位编码量子密钥分发系统. 必威体育下载 , 2006, 55(9): 4642-4646.doi:10.7498/aps.55.4642
[19]	吴光, 周春源, 陈修亮, 韩晓红, 曾和平.长距离长期稳定的量子密钥分发系统. 必威体育下载 , 2005, 54(8): 3622-3626.doi:10.7498/aps.54.3622
[20]	马海强, 李亚玲, 赵环, 吴令安.基于双偏振分束器的量子密钥分发系统. 必威体育下载 , 2005, 54(11): 5014-5017.doi:10.7498/aps.54.5014

计量

文章访问数:4478
PDF下载量:98
被引次数:0

搜索

留言板