25、量子网络：原理、应用与未来展望

量子网络：原理、应用与未来展望

1. 量子网络基础

1.1 纠缠交换与量子中继

纠缠交换实验已取得成功，有望成为未来的量子中继方法。目前，节点间有用的纠缠交换已能实现长达 1.3 公里的传输。通过足够多的量子中继器和量子交换，我们有望构建出类似互联网，但处于纯量子态的网络。

1.2 量子网络协议

每个网络都需要协议，量子网络也不例外。虽然最终的量子网络协议尚未确定，但已有一些标准开始被提出和测试。一个量子研究团队创建了一份互联网草案，定义了可能成为量子互联网的链路网络层。

1.2.1 数据链路层

数据链路层是常见抽象网络协议层模型的较低层。在开放系统互连（OSI）模型中，所有网络通信可定义为存在于七个堆叠、相互依赖的层之一：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。链路层帮助数据（以数据报形式）在两个直接通信的节点之间传输，处理物理层引起的错误纠正，以及通信通道的建立和拆除。在传统网络中，以太网桥和交换机在这一层工作。

1.2.2 量子链路层协议

量子链路层协议旨在帮助两个量子节点进行通信，包括使用纠缠和纠缠交换。其主要任务之一是帮助节点传输预期的纠缠量子比特以实现通信。由于量子操作的概率性，创建和测量量子属性无法完全预测单个操作的结果，只能预测一系列尝试中特定结果的百分比可能性。例如，在网络中发送量子信息“1”时，不能像经典网络那样确定性地在第一次尝试就创建代表“1”的量子比特。

量子链路层协议通过以下方式解决这些问题：
- 创建和使用预示信号，指示已创建纠缠量子比特对，并为每个纠缠量子比特集分配逻辑“纠缠标识符”，