什么是量子网络

量子网络能够通过创建、存储和传输信息的方式，实现高度的隐私和安全性，这在经典网络中无法实现。量子网络可以利用量子纠缠的特性，实现量子密钥分发等安全通信应用。

通过将多个量子处理器连接起来，量子网络可以创建更强大的量子计算集群，类似于将经典计算机连接成集群，为分布式量子计算应用提供了基础。

量子网络支持利用量子纠缠的应用，如量子钟同步和位置验证等。大多数这类应用只需要适度的量子处理器，通常只需一个量子比特，因为量子纠缠可以在两个量子比特之间实现。

量子网络还可以实现对云端远程量子计算机的安全访问，这种情况下，量子计算机可以在不了解输入或输出的情况下执行计算。

通过利用量子力学的独特性质，量子网络有潜力革新密码学、分布式计算和传感等领域。

传统网络传输的是经典比特（0或1），而量子网络则传输量子比特（qubit）。量子比特可以同时存在0和1的叠加态，使量子网络在解决某些问题（如量子系统建模）时比经典网络更有优势。

由于量子力学的原理，任何对量子比特的测量都会破坏其量子态。因此，量子网络能够检测到任何窃听企图，比传统网络提供了更高的安全性。

量子网络需要专门的硬件设备，如量子处理器、量子交换机和量子中继器，以保持传输量子比特的相干性。传统网络则可以使用标准的电信设备。

通过将多个量子处理器连接，量子网络可以创建量子计算集群，获得比单个量子处理器更强大的计算能力。这类似于将经典计算机连接成集群。

量子系统对环境的微小干扰非常敏感，很容易导致量子信息的丢失或损坏。控制和最小化相干性丢失对于维护量子网络中传输的量子数据的完整性至关重要。

扩展量子系统以支持大量量子比特是一个巨大挑战。控制和协调多量子比特系统需要复杂的量子控制器和电子设备，随着量子比特数量的增加，复杂性也会成倍增加。扩展这些系统以支持实用的量子网络是一个持续的挑战。

量子密钥分发（QKD）是一种利用量子力学建立安全加密密钥的技术，但它也面临着一些挑战。QKD系统是基于硬件的，缺乏基于软件的解决方案的灵活性，使其难以集成到现有网络基础设施。此外，QKD网络中需要可信中继，可能会增加基础设施成本并引入内部威胁风险。由于密码学安全性的严格要求，验证QKD系统的安全性也是一个重大挑战。

目前量子网络的实际应用还非常有限，因为量子算法只为某些特定任务提供加速，而匹配这些任务与现实世界的应用仍然是一个挑战。此外，量子纠错的开销可能会抵消量子算法所提供的潜在加速。

在21世纪初期，量子网络的发展主要集中在一些早期的试验性项目。2003年，DARPA资助的一个量子网络开发项目投入运营，并于2004年扩展到哈佛大学和波士顿大学。同年，开发了一种基于点对点量子链路和可信重复器的协作量子网络架构。

2009年，中国武汉建立了一个分层量子网络，主干网连接了多个子网。同年，出现了将日内瓦地区的多个设施连接起来的网络，着重于将量子网络技术过渡到生产环境。2010年，东京量子密钥分发（QKD）网络投入测试，实现了高数据速率的一次一密加密。

2021年，中国研究人员报告了在无人机之间成功传输纠缠光子，展示了移动量子网络的潜力。同年，研究人员开发出量子逻辑门技术，分布式量子计算用于量子网络也取得了进展。