正文

背景

量子网络将使通信任务的实现与目前已知的通信网络相比具有质的优势。虽然预计小规模量子网络的首次演示将在近期内进行，但仍存在许多挑战。为了比较不同的解决方案，优化参数空间，并为实验提供信息，有必要评估具体量子网络场景的性能。评估量子网络性能的最先进的工具是必要的。文献【1】从信息理论基准、分析工具和模拟三个不同的角度展示了它们。

[1] Azuma, Koji, et al. “Tools for quantum network design.” AVS Quantum Science 3.1 (2021): 014101.

通信的基础-量子密码学

量子密码学提供了一种永久的加密解决方案，它加强了应用于量子公钥分发的主要机密性。这是一项突出的技术，其中两个实体可以安全地与量子物理的视觉进行通信。在经典密码学中，比特被用来编码信息，而在量子密码学中，即量子计算机使用量子粒子的量子化属性来编码信息。这是用量子比特表示的，量子比特是量子密码学的单位。传输的安全依赖于量子力学定律的物理特性。

量子网络

尽管互联网已经成为我们日常生活中不可或缺的一部分，但它仍然有许多缺点，其中最重要的是通信可能被拦截和信息被盗。然而，如果互联网获得了传输量子信息的能力，许多安全问题将得到解决。实现安全量子网络通信的技术将在在一段中介绍（QKD）。一个成熟的量子互联网(通过量子通信通道连接功能量子计算机作为节点)仍需要很长的发展时间。

备受瞩目的应用方案

量子密码学与日常生活应用的融合是工业界和学术界关注的一个话题。量子电子学的发展导致了量子器件的实际成就，这些器件已经在市场上上市，等待着它们在更大范围内的首次应用。量子密码学的一个主要方面是量子密钥分配(QKD)的方法学，它用于使用量子物理原理在两个地理位置不同的用户之间生成和分发对称加密密钥。在过去几年里，已经创建了几个成功的QKD网络来测试不同实际解决方案的实现和互操作性。不仅需要专注于光通道和光设备的研究不同，还要考虑网络组织、路由和信令协议、仿真技术和软件定义的QKD网络方法来关注网络方面。

应用领域

量子计算有潜力提供新的能力，量子计算机将在金融、网络安全、医学科学和医疗保健、国防和军事任务等方面取得突破。量子科学和量子技术的进展，具体包括量子计算机、量子器件、量子处理单元、量子人工智能、量子机器学习、量子云计算、量子网络与通信、量子隐形传态、量子实验卫星、量子密码学、量子密钥分发等。

技术问题

量子通信基于量子力学，具有时钟同步特性和牢不可破的安全性。近年来，量子通信的相关技术不断取得突破，也实现了传统网络难以实现的功能和应用。在这个量子网络崛起的时代，类似于经典互联网“阿帕网”诞生前夕，研究者们对未来量子网络的蓝图充满了憧憬。文献【2】对量子通信和网络与传统互联网的比较进行了总结、分析和展望。具体而言，首先分析了量子网络的相关基础知识、相关技术发展以及目前面临的挑战。在此基础上，展望并提出了未来量子网络架构的原型。最后，对量子通信的范式、原理和特性进行了梳理和分析。

【2】Zhang, Peiying, et al. “Future Quantum Communications and Networking: A Review and Vision.” IEEE Wireless Communications (2022).