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1、未来网络技术发展系列白皮书（2025）量子互联网与算网协同体系架构白皮书第九届未来网络发展大会组委会2025年8月版权声明版权声明本白皮书版权属于紫金山实验室及其合作单位所有并受法律保护，任何个人或是组织在转载、摘编或以其他方式引用本白皮书中的文字、数据、图片或者观点时，应注明“来源：紫金山实验室等来源：紫金山实验室等”。否则将可能违反中国有关知识产权的相关法律和法规，对此紫金山实验室有权追究侵权者的相关法律责任。编写说明编写说明主要编写单位：主要编写单位：紫金山实验室江苏省未来网络创新研究院北京邮电大学主要编写人员：主要编写人员：张浩、李媛、张晨、黄韬、刘韵洁I前言从量子这个概念的提出，到以

2、半导体技术为基础的第一次量子革命，孕育出了现代计算机文明，给人们的社会生活带来了巨大的变化。其中极具代表性的应用场景之一就是计算机通信和互联网，其使得人与人之间的交流变得非常方便。近几十年来，以操控量子态为基础的第二次量子革命又带来了新的量子信息技术，比如量子通信、量子计算和量子精密测量。这类新技术都是以量子力学原理来进一步突破原有的技术路线。其中量子通信是利用量子不可克隆原理从物理上实现绝对安全通信；量子计算是利用量子态叠加原理实现并行运算，极大提高计算速度；而量子精密测量则是突破标准量子极限进一步提升测量精度。在实用化的过程中，随着用户和节点数目的增加，很自然地就形成了量子网络。当网络的覆

3、盖面变得很大，类似于当今全球互联网时，就形成了量子互联网。所以在将量子信息实用化的过程中，对量子互联网进行深入的研究和发展是必然趋势。目前量子互联网的发展还处在初期阶段。由于其和经典互联网的基本原理不同，很多经典互联网的发展模式和技术都无法直接借鉴过来。现阶段不论是底层的硬件技术，如量子门操作速度和保真度、量子纠错和量子存储时间等，还是上层的量子互联网体系架构，如运行模式和协议栈，都不成熟。这也导致在量子互联网的研究中还面临很多新的问题和挑战。本白皮书首先简洁地介绍和梳理量子互联网相关的基本原理和II技术，包括部分量子信息基础知识和代表性协议等。随后介绍量子互联网的发展现状和代表性的体系架构方

4、案。最后围绕量子互联网的基本技术路线提出构建未来量子互联网的运行模式，讨论和展望量子算网协同的研究内容和可能的发展方向。本白皮书旨在通过对量子互联网的介绍、梳理和展望，为量子互联网从基础理论研究朝工程和产业化发展提供一个架构和技术层面的参考。III目录前言.I目录.III一、量子信息技术概述.51.1 量子信息基本概念.51.2 典型量子应用.131.5 实验系统.26二、量子互联网架构.302.1 量子互联网概述.302.2 量子中继及其分类.332.3 量子互联网协议栈.37三、量子互联网分组交换技术.423.1 基于量子封装网络的分组交换方案.423.2 经典帧辅助的混合分组交换方案.4

5、6四、量子互联网运行模式设计.524.1 基本假设.534.2 量子网络设计整体要求.534.3 量子请求运行方案.55五、量子应用协议运行示例.575.1 量子密钥分发.58IV5.2 分布式量子计算.62六、量子算网协同.636.1 量子计算协同化发展趋势.636.2 量子算网协同发展背景.666.3 量子算网协同基础理论和研究方向.68七、总结与展望.73附录 A：术语与缩略语.76参考文献.785一、量子一、量子信息技术概述信息技术概述1.1 量子量子信息信息基本基本概念概念1.1.1 从经典从经典力学力学到量子到量子力学力学图 1.从宏观尺度的篮球到微观尺度的原子。相应的物理理论从经

6、典力学过渡到量子力学。在日常生活中，我们肉眼所能见到的物体的运动行为都属于经典物理所研究的范畴。比如一块被水平扔出去的石头做抛物线运行，踩油门让车加速等。这些运动规律都可以被牛顿力学所描述。通过给定物体的质量和受力情况就可以通过maF 这个公式去计算物体的加速度，再结合运动学公式和初始状态计算该物体往后任意时刻的运动状态。然而牛顿力学可以计算的运动规律是有范围的，即低速宏观弱引力场情况。如图 1 所示，当我们研究的物体尺寸从日常生活中见到的宏观世界，如飞机、汽车和篮球，逐渐变小到了原子尺寸的微观世界时，情况大不相同。而描述这个微观世界粒子运动规律的理论就是量子力学。在量子力学中，微观粒子的运动