量子網路是未來高速企業通訊的基礎。

無縫量子網路所需的技術必須部署在遠距離的多個節點上，以實現超安全、可靠且快速的量子位元資料傳輸。量子物理原理是量子網路的基礎。

什麼是量子網路？

量子網路與量子物理和通訊直接相關。其實體基礎設施包括多個以量子位元形式交換資訊的量子處理器。量子網路是在量子網路內傳輸和接收以量子位元狀態編碼的訊息的過程。

量子物理原理控制量子網路協定和演算法，在分佈於遠距離的多個節點之間以高度加密的方式交換資訊。這些原理啟動了量子網路協議，以提供快速、可靠和安全的通訊。

由於量子網路是一種全新的網路技術，因此提供者將其商業化可能是一個挑戰。本文討論了量子網路的一些優點和缺點，以及與其實施相關的挑戰。

量子網路的好處

儘管量子網路仍處於萌芽階段，但極有潛力提供多種下一代優勢。量子網路的好處包括：

• 應用範圍廣泛
• 共同解決問題
• 遠距離通訊
• 可靠的傳輸
• 增強安全性
• 量子密碼學
• 錯誤檢測和糾正

應用廣泛

在量子網路中，網路以量子位元（通常稱為邏輯量子位元）的形式發送和接收訊息。量子位元的糾纏或疊加狀態對訊息進行編碼。這些量子位元同時存在於多種狀態，即0、1或兩者，但在測量時因波函數坍縮而改變。

光子能量驅動大多數量子網路技術。雙粒子和波狀性質提供了各種與量子相關的應用，如量子感測、量子隱形傳態、量子模擬等。

共同解決問題

理想情況下，一定數量的量子網路可以部署多個節點來解決共同的問題。量子網路需要高運算能力和速度來計算複雜問題。

例如，分散式量子運算是一個量子網路集群，其中多個量子處理器連接起來共同解決複雜問題並執行高速運算。量子網路基礎設施還可以連接到量子互聯網，與量子處理器、感測器、中繼器、控制器和其他設備形成量子物聯網。

遠距離通訊

量子糾纏描述了量子位元的長距離傳輸。在量子網路中，兩個或多個量子位元處於具有相同或相反自旋的糾纏狀態。這些量子位元首先交織在一起，然後分開很遠的距離。

如果一個量子位元的狀態在測量時發生變化，則另一個量子位元會自動發生變化。量子糾纏有時稱為量子隱形傳態，因為實際的量子位元不會透過通道傳輸到路由器和其他網路設備。

傳輸可靠

TCP/IP模型描述了資料包在網路上的傳輸以及接收方的確認。量子網路消除了確認的需要，因為可以預測交織的狀態。

量子中繼器部署在單一或多個位置，以增強量子網路的可靠性、運算能力和範圍。換句話說，量子中繼器減少了退相干和訊號損失的影響，以提供準確的資訊。

增強安全性

不可複製定理指出，不可能將未知狀態的量子資訊複製到另一個狀態。被稱為竊聽者的駭客無法創造未知糾纏量子態的完全獨立且相同的副本。

然而，駭客可以嘗試操縱量子網路中的量子位元以獲得一定程度的複製。量子網路協定可以檢測通道上的操縱，並提供量子錯誤檢測和糾正功能，以確保高水準的安全性。

量子密碼學

量子網路結合了量子密碼學來加密和解密資訊。量子金鑰分發(QKD)是一種量子加密協議，可在不安全的網路上以量子位元或偏振光子的形式共享金鑰。

在量子密碼學中，海森堡的不確定性原理指出，不可能同時測量粒子的速度和位置以實現超安全連接。發送方和接收方比較測量結果以消除錯誤、偵測第三方嘗試並解密金鑰。QKD協議包括BB84、基於誘餌的QKD等。

錯誤檢測和修正

量子網路可以透過量子錯誤檢測和校正演算法來幫助實現高精度。許多糾錯演算法會偵測接收到的量子位元狀態與傳輸光子的偏差。

這些協議使用戶能夠找出可能對量子網路進行的駭客嘗試。一些糾錯碼包括短程碼、玻色碼和位元翻轉碼。

量子網路的挑戰

儘管量子網路有很多好處，但並非沒有挑戰。量子網路的缺點包括：

• 量子資訊的脆弱性
• 複雜的操縱
• 溝通慢
• 可擴展性問題
• 成本高
• 複雜的集成

量子資訊的脆弱性

量子資訊本質上是脆弱的，這使得其容易受到環境因素的影響，例如量子乾擾、退相干和訊號損失。網路專業人員可以在多個網段部署量子中繼器，以保持量子網路的準確性。此外，量子運算子需要在糾錯過程中對量子位元進行操作。

複雜的操控

從企業的角度來看，無法複製量子態可能會限制許多常規應用。在這些情況下，量子邏輯閘操縱節點之間的量子資訊以實現傳輸。然而，量子邏輯閘不能違反不可複製定理。

溝通慢

一個常見的誤解是量子通訊比光速快。然而，量子網路經常使用傳統的通訊方法來消除超光速通訊的可能性。量子網路使用光纖進行通信，就像傳統互聯網一樣。

可擴展性問題

長距離量子通訊目前是假設的，因為具有許多節點的量子網路使用短距離將其分開。量子網路通常比經典網路具有更少的處理器。量子處理器實際上可以在量子網路協定中產生更少的疊加或糾纏量子位元。

成本高

量子網路的實施和維護需要高成本的投資。量子網路硬體和軟體需要在技術、工程和成本方面進行大量投資。高預算產業，如政府、深空研究和密碼項目，更適合量子網路。

複雜的整合

量子網路有混合網路所需的自己的標準化和互通性。為了與經典互聯網融合，網路必須部署大量量子處理器。此外，TCP/IP通訊模型和量子網路工作在不同的技術上，很難將它們結合起來。

量子網路的未來

大型企業和組織對量子網路感興趣，以實現最佳化計算和快速通訊並解決複雜問題。

量子網路需要數年時間才能像目前的電腦網路一樣以可負擔的價格進行商業運作。在接下來的幾十年裡，IT、太空、研究、醫療保健和零售等多個行業可以透過量子網路實現快速通訊和高效能運算。