近期,一份深度剖析量子互联网及其与算力网络协同体系架构的白皮书引发了业界的广泛关注。这份名为《量子互联网与算力网络协同体系架构展望(2025)》的报告,由紫金山实验室携手多家机构共同推出,内容全面,长达94页。
报告开篇即从量子力学的基本原理入手,向读者构建了量子信息技术的知识框架,详细阐述了叠加态、纠缠态以及量子测量等核心概念。随后,报告深入探讨了量子信息技术的三大核心应用领域:量子通信、量子计算以及量子精密测量。在量子通信领域,报告系统介绍了量子密钥分发(QKD)、量子隐形传态以及量子安全直接通信(QSDC)等前沿技术;在量子计算方面,报告不仅回顾了量子计算的历史演进,还深入分析了超导、离子阱等物理平台以及Shor、Grover等关键算法;至于量子精密测量,报告则着重强调了其在突破标准量子极限方面的能力,以及其在量子时钟网络、长基线望远镜等领域的实际应用。
报告进一步深入探讨了量子互联网的架构,指出量子互联网的发展将历经多个关键阶段,包括可信中继、准备和测量等。目前,全球多个国家已着手部署可信中继网络,量子中继技术也迭代至第四代。报告详细解析了量子互联网的协议栈,包括Van Meter五层模型、Wehner五层方案等多种架构,并介绍了分组交换技术,该技术能够实现单光子与纠缠网络的数据高效传输。报告还提出了一种初期资源有限的量子互联网运行模式,该模式涵盖用户与主体网络,节点类型包括用户、路由器等,采用集中式调控机制,请求处理分为本地与远程两种模式。
在应用层面,报告以BBM92-QKD协议和分布式量子计算为例,详细展示了应用协议的实际运行流程。这一过程首先需建立端到端的纠缠信道,再执行具体协议。报告还指出,量子应用对保真度、延迟等参数有着特殊要求,因此算力网络与量子网络的协同至关重要。
报告最后聚焦于量子算力网络与经典网络的协同,深入分析了量子云计算、量子-超算融合以及分布式量子计算三大协同化趋势。报告强调,鉴于量子应用的独特性,算力网络与量子网络的协同是满足其需求的关键。同时,报告还探讨了资源抽象与建模、量子业务建模以及调度框架建模等研究方向。尽管量子互联网仍处于发展初期,但报告认为,随着量子中继、纠错码等技术的不断突破,结合现有的经典基础设施,量子互联网有望推动算力网络与量子网络协同的新业态发展。