25、量子网络：超越经典的通信与计算革命

量子网络：超越经典的通信与计算革命

1. 量子密钥分发与随机数生成

量子网络具有独特的优势，其中之一是设备无关的量子密钥分发。用户可以通过贝尔测试来验证共享密钥的安全性，而且无需了解网络内部的具体运作，也不必知晓密钥源和交换器的构成。

此外，可认证的量子随机数生成器利用共享的纠缠比特（ebits）和贝尔测量来验证随机性。一旦爱丽丝（Alice）和鲍勃（Bob）共享了随机数，这些随机数不仅可以用于生成加密密钥，还可以出售给赌场，用于保障老虎机的安全。这表明量子网络不仅是一个分布式量子密钥生成器，也是一个分布式随机数生成器。

2. 从经典网络到量子网络

2.1 经典网络计算的起源

二十年前，在NASA工作时，有人安装了名为“SETI at Home”的软件。该软件是“搜寻地外文明计划（SETI）”的一部分，旨在利用全球数百万台笔记本电脑和台式机的闲置计算能力，分析射电望远镜收集的海量数据，以寻找可能来自外星智慧生命的信号。虽然尚未发现外星生命，但该项目仍在运行。

类似地，还有一个网络程序用于寻找大素数，并且成功发现了新的素数。这些网络计算系统起源于Beowulf集群，它由NASA的同事设计，其理念是通过免费软件和快速交换机将廉价的旧PC连接成超级计算机。交换机和软件将计算任务拆分成小任务，分配给不同的PC，并将结果汇总成一个答案。

2.2 量子网络中的数据传输

在经典网络中，数据以比特的形式在中央交换机和计算机之间传输，并且可以复制数据以应对传输线路的故障、损耗或噪声。然而，在量子网络中，由于“不可克隆定理”的限制，无法复制量子态。因此，直接通过量子通信信道传输量子态可能会