量子网络是未来高速企业通信的基础。

无缝量子网络所需的技术必须部署在远距离的多个节点上，以实现超安全、可靠和快速的量子比特（qubit）数据传输。量子物理学的原理是量子网络的基础。

什么是量子网络？

量子网络与量子物理学和通信直接相关。它的物理基础设施包括多个量子处理器，这些处理器以量子比特的形式交换信息。量子网络是在量子网络中发送和接收以量子比特状态编码的信息的过程。

量子物理学的原理决定着量子网络协议，并且，算法在跨很远距离的多个节点之间以高度加密的方式交换信息。这些原则发起量子网络协议，以提供快速、可靠和安全的通信。

由于量子网络是一种新的网络技术，因此提供商将其商业化可能是一个挑战。本文讨论了量子网络的一些优缺点以及与其部署相关的挑战。

量子网络的优势

虽然量子网络仍处于萌芽阶段，但它有可能提供下一代优势。量子网络的好处包括：

• 应用范围广。
• 共同解决问题。
• 远距离通信。
• 可靠的传输。
• 增强的安全性。
• 量子密码学。
• 错误检测和纠正。

应用范围广

在量子网络中，网络以量子比特（通常称为逻辑量子比特）发送和接收信息。量子比特的纠缠或叠加状态对信息进行编码。这些量子位同时以多种状态（0,1或两者皆有）存在，但由于波函数坍缩而在测量时发生变化。

光子能量驱动着大多数量子网络技术。双粒子和波状性质提供各种与量子相关的应用，例如量子传感、量子隐形传态、量子模拟等。

共同解决问题

理想情况下，一定数量的量子网络可以部署多个节点来解决共同问题。量子网络需要高计算能力和速度来计算复杂问题。

例如，分布式量子计算是一个量子网络集群，其中多个量子处理器连接以解决复杂问题并共同执行高速计算。量子网络基础设施还可以连接到量子互联网，与量子处理器、传感器、中继器、控制器和其他设备形成量子物联网。

远距离通信

量子纠缠描述了量子比特的长距离传输。在量子网络中，两个或多个量子比特处于相同或相反自旋的纠缠状态。这些量子比特首先交织在一起，然后远距离分离。

如果一个量子比特的状态在测量时发生变化，则另一个量子比特会自动更改。量子纠缠有时被称为量子隐形传态，因为实际的量子比特不会通过通道传输到路由器和其他网络设备。

可靠的传输

TCP/IP 模型描述了数据包通过网络传输以及来自接收方的确认。量子网络消除了确认的需要，因为可以预测交织的状态。

量子中继器部署在单个或多个位置，以增强量子网络的可靠性、计算能力和范围。换句话说，量子中继器减少了退相干和信号损失的影响，以提供准确的信息。

增强的安全性

不可克隆定理指出，不可能将未知状态的量子信息复制到另一个状态上。黑客无法创建未知纠缠量子态的完全独立和相同的副本。

但是，黑客可以尝试操纵量子网络中的量子比特以获得一定程度的复制。量子网络协议可以检测通道上的操作，并提供量子错误检测和纠正功能，以确保高级别的安全性。

量子密码学

量子网络将量子密码学用于加密和破译信息。量子密钥分发（QKD）是一种量子加密协议，可在不安全的网络上以量子比特或偏振光子的形式共享密钥。

在量子密码学中，海森堡的不确定性原理指出，对于超安全连接，不可能同时测量粒子的速度和位置。发送方和接收方比较测量结果以消除错误，检测第三方尝试并解密密钥。QKD协议包括BB84、基于诱饵的QKD等。

错误检测和纠正

量子网络可以通过量子错误检测和纠正算法帮助实现高精度。很多纠错算法检测接收的量子比特状态与发射光子的偏差。

这些协议使用户能够找出对量子网络进行的可能的黑客攻击尝试。一些纠错码是Shor、boson和bit flip。

量子网络的挑战

尽管量子网络有这些优势，但它也面临挑战。量子网络的缺点包括：

• 量子信息的脆弱性。
• 复杂的操作。
• 沟通缓慢。
• 可扩展性问题。
• 成本高。
• 复杂的集成。

量子信息的脆弱性质

量子信息本质上是脆弱的，这使得它容易受到环境因素的影响，例如量子干涉、退相干和信号丢失。网络专业人员可以在多个段部署量子中继器，以保持量子网络的准确性。此外，量子算子需要在纠错过程中对量子比特进行操作。

复杂操作

从企业的角度来看，无法复制量子状态可能会限制很多应用程序。在这些情况下，量子逻辑门操纵节点之间的量子信息以实现传输。然而，量子逻辑门不能违反不可克隆定理。

沟通缓慢

一个常见的误解是量子通信比光速更快。然而，量子网络通常使用传统的通信方法，这使其不可能提供超过光速的通信。量子网络使用光纤进行通信，就像传统的互联网一样。

可扩展问题

长距离量子通信目前是假设的，因为具有很多节点的量子网络使用短距离将它们分开。量子网络的处理器通常比经典网络少。量子处理器实际上可以在量子网络协议中生成更少的叠加或纠缠量子比特。

成本高

量子网络的部署和维护需要高成本的投资。量子网络硬件和软件需要在技术、工程和成本方面进行大量投资。政府、深空研究和密码项目等高预算行业更适合量子网络。

复杂集成

量子网络具有混合网络所需的标准化和互操作性。为了与经典互联网集成，网络必须部署大量的量子处理器。此外，TCP/IP通信模型和量子网络在不同的技术上工作，很难将它们相结合。

量子网络的未来

大型企业和组织对量子网络感兴趣，以实现优化计算和快速通信并解决复杂问题。

量子网络需要很多年时间才能像现在的计算机网络一样以可承受的价格进行商业运行。在接下来的几十年里，IT、太空、研究、医疗保健和零售等多个行业可以通过量子网络实现快速通信和高性能计算。