78、量子网络中的最优路由：原理与实现

量子网络中的最优路由：原理与实现

在当今对安全和高数据速率需求不断增长的背景下，6/7G 无线技术的核心网络将基于量子网络的概念构建。与经典网络通信不同，量子通信中由于数据拥塞问题，我们更关注完美状态传输（PST）。为了充分释放量子计算的潜力，需要解决一些新的挑战和开放性问题。从路由的角度来看，最优路由问题，即联合设计路由协议和路由度量，以确保在任意一对量子设备之间找到提供最高量子通信机会的路由，至关重要。

1. 量子网络的基本需求与挑战

为了充分利用量子技术的优势，设计和实现量子网络并通过远程量子纠缠分布连接远距离的量子处理器是必要的。然而，尽管量子技术取得了巨大进展，但由于通信速率随距离呈指数衰减，高效的长距离纠缠分布仍然是一个关键问题。解决指数衰减损失的一种方法是采用量子中继器，通过较短的链路生成纠缠，而不是在长链路上分布纠缠。

量子信息（如量子比特）由于无克隆定理不能被复制，因此量子网络依赖量子隐形传态过程作为传输量子比特的唯一可行解决方案。量子隐形传态需要一个能够发送两个经典比特的经典通信信道，以及在两个远程节点生成一对最大纠缠的量子比特（EPR 对）。

设计量子网络的路由度量面临几个挑战：
- 纠缠问题 ：量子信息的传输不仅受经典比特吞吐量的限制，还需要生成远程纠缠。因此，量子路由度量必须同时考虑这两个限制因素。
- 退相干问题 ：纠缠是传输量子信息最有价值但易逝的资源，由于与外部环境的不可避免的相互作用，纠缠会随时间丢失。所以，量子路由度量必须明确考虑量子退相干。
- 随机性问题 ：纠缠生成的物理机制是随