17、量子互联网：未来科技的新前沿

量子互联网：未来科技的新前沿

1. 量子霸权时代

1.1 量子技术的时间尺度

一个关键问题是“实用量子技术何时能实现？”答案很可能是不久的将来。从经典计算的角度看，摩尔定律对经典计算能力指数增长趋势的描述非常准确。如今，微处理器包含数十亿个晶体管，而实验性量子计算机的量子比特数少于 100 个，我们正处于量子时代的开端。

经典计算机的性能与晶体管数量最多呈线性关系，而量子计算机的等效经典计算能力在理想情况下与量子比特数呈指数关系。经典摩尔定律已接近饱和，因为晶体管尺寸难以进一步缩小，预计未来十年内将触及物理极限。因此，我们期待新的量子摩尔定律，其发展轨迹将比经典摩尔定律更令人瞩目。

当经典和量子摩尔定律的外推曲线相交时，量子计算将达到临界质量，标志着后经典量子霸权时代的开始。不过，预测这一时刻颇具挑战，因为目前关于量子摩尔定律的数据点有限，且存在不可预见的因素。

1.2 量子密码系统的现状

除了量子计算，量子密钥分发（QKD）形式的量子密码系统在技术上已可行，并且市面上已有现成的端到端产品，可通过光纤连接。最近，基于卫星的 QKD 已得到验证，能实现数千公里的洲际直接通信。虽然目前仅展示了一颗此类卫星，但未来很可能会出现相互连接的卫星星座，实现地球上任意两点之间的点对点 QKD。下一场太空竞赛可能就是量子霸权竞赛。

随着后经典量子计算时代的临近，QKD 网络的重要性将日益凸显，对量子网络基础设施的需求也将增加。人类已站在利用量子技术的边缘，必须迅速行动，以便在这些技术出现时充分加以利用。

1.3 经典计算能力的历史趋势