量子網(wǎng)絡(luò)是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。當(dāng)某個裝置處理和計算的是量子信息，運行的是量子算法時，它就是量子網(wǎng)絡(luò)。量子網(wǎng)絡(luò)的概念源于對可逆計算機(jī)的研究。研究可逆計算機(jī)的目的是為了解決計算機(jī)中的能耗問題。

20世紀(jì)60年代至70年代，人們發(fā)現(xiàn)能耗會導(dǎo)致計算機(jī)中的芯片發(fā)熱，極大地影響了芯片的集成度，從而限制了計算機(jī)的運行速度。研究發(fā)現(xiàn)，能耗來源于計算過程中的不可逆操作。

那么，是否計算過程必須要用不可逆操作才能完成呢?問題的答案是：所有經(jīng)典計算機(jī)都可以找到一種對應(yīng)的可逆計算機(jī)，而且不影響運算能力。既然計算機(jī)中的每一步操作都可以改造為可逆操作，那么在量子力學(xué)中，它就可以用一個幺正變換來表示。早期量子網(wǎng)絡(luò)，實際上是用量子力學(xué)語言描述的經(jīng)典計算機(jī)，并沒有用到量子力學(xué)的本質(zhì)特性，如量子態(tài)的疊加性和相干性。

在經(jīng)典計算機(jī)中，基本信息單位為比特，運算對象是各種比特序列。與此類似，在量子網(wǎng)絡(luò)中，基本信息單位是量子比特，運算對象是量子比特序列。所不同的是，量子比特序列不但可以處于各種正交態(tài)的疊加態(tài)上，而且還可以處于糾纏態(tài)上。

這些特殊的量子態(tài)，不僅提供了量子并行計算的可能，而且還將帶來許多奇妙的性質(zhì)。與經(jīng)典計算機(jī)不同，量子網(wǎng)絡(luò)可以做任意的幺正變換，在得到輸出態(tài)后，進(jìn)行測量得出計算結(jié)果。因此，量子計算對經(jīng)典計算作了極大的擴(kuò)充，在數(shù)學(xué)形式上，經(jīng)典計算可看作是一類特殊的量子計算。量子網(wǎng)絡(luò)對每一個疊加分量進(jìn)行變換，所有這些變換同時完成，并按一定的概率幅疊加起來，給出結(jié)果，這種計算稱作量子并行計算。除了進(jìn)行并行計算外，量子網(wǎng)絡(luò)的另一重要用途是模擬量子系統(tǒng)，這項工作是經(jīng)典計算機(jī)無法勝任的。

在日前的烏鎮(zhèn)互聯(lián)網(wǎng)大會上，中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心主任曾宇預(yù)測2030年人類進(jìn)入空天一體化時代，量子網(wǎng)絡(luò)將會商用，價值超過千億。

上海證券報報道，中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心主任曾宇在世界互聯(lián)網(wǎng)大會烏鎮(zhèn)峰會數(shù)字經(jīng)濟(jì)分論壇上表示，在量子網(wǎng)絡(luò)、6G以及衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)推動下，人類將進(jìn)入空天地一體化發(fā)展時代。

預(yù)計到2030年，全球量子網(wǎng)絡(luò)將實現(xiàn)商用，市場規(guī)模達(dá)到150億美元以上，將顛覆現(xiàn)有的底層應(yīng)用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

在衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)方面，國際電信聯(lián)盟(ITU)Network 2030焦點組已經(jīng)把衛(wèi)星接入作為未來網(wǎng)絡(luò)的主要特征。

同時，在中國、美國、歐盟等國家和地區(qū)的技術(shù)人員努力下，6G正在推動萬物智聯(lián)的發(fā)展。

10月底，研究機(jī)構(gòu)Market Research Future(MRFR)發(fā)布了《6G市場研究分析報告》，顯示全球有近50%的6G專利申請來自中國，其余來自其他國家/地區(qū)。

MRFR預(yù)計，到2040年底，全球6G市場將價值3400億美元。該報告進(jìn)一步預(yù)測，6G市場將在2030年到2040年之間以超過58%的年復(fù)合增長率蓬勃發(fā)展。

2019年全球首份6G白皮書《6G無線智能無處不在的關(guān)鍵驅(qū)動與研究挑戰(zhàn)》發(fā)布。白皮書中指出，6G的大多數(shù)性能指標(biāo)相比5G將提升10到100倍。在6G時代，1秒下載10部同類型高清視頻成為可能。

量子科技是新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的前沿領(lǐng)域。其中，實用化走在最前列的量子通信技術(shù)，對于保障關(guān)鍵領(lǐng)域信息安全有著重大價值和應(yīng)用前景。我國量子通信技術(shù)已經(jīng)處于世界領(lǐng)先水平，產(chǎn)業(yè)化目前也已經(jīng)初具規(guī)模。

據(jù)量子科技第一股“國盾量子”(688027)公開資料顯示，我國已陸續(xù)建設(shè)了覆蓋京津冀、長三角、粵港澳大灣區(qū)、成渝雙城經(jīng)濟(jì)圈等國家重要戰(zhàn)略區(qū)域，總里程超10000公里的地面光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)。量子衛(wèi)星方面，我國先后發(fā)射了世界首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”、世界首顆量子微納衛(wèi)星“濟(jì)南一號”，并在北京、重慶、廣州、濟(jì)南等地部署了由國盾量子研發(fā)生產(chǎn)的小型化量子衛(wèi)星地面站，實現(xiàn)與上述衛(wèi)星的對接?；诓粩嗫椕艿牧孔油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)，量子安全技術(shù)已服務(wù)于政務(wù)、金融、電力等行業(yè)，并不斷貼近民用領(lǐng)域。

在中國量子通信網(wǎng)絡(luò)快速擴(kuò)展的同時，美國、歐盟、日本、韓國、俄羅斯等同樣在大力投入。例如，歐盟全部27個成員國正在共同建設(shè)EuroQCI——覆蓋整個歐盟的安全量子通信基礎(chǔ)設(shè)施;俄羅斯正在推動建設(shè)總長度至少為7000公里的量子通信網(wǎng)絡(luò);美國、英國、日本、加拿大、意大利、比利時和奧地利7國在G7峰會上宣布將聯(lián)合開發(fā)一個基于衛(wèi)星的加密網(wǎng)絡(luò)——“聯(lián)邦量子系統(tǒng)”(FQS)，利用量子技術(shù)的突破來防范日益復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)攻擊等，并計劃于2023年發(fā)射第一顆FQS衛(wèi)星。

諾貝爾獎得主安東·塞林格曾表示，量子網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不是面向未來的技術(shù)了。人類用網(wǎng)絡(luò)來交換信息，而量子通信網(wǎng)絡(luò)可以保證通信的安全性。這在很多對安全性要求高的通信中都非常有價值。隨著技術(shù)的進(jìn)步和使用價格的下降，量子通信網(wǎng)絡(luò)不僅軍事價值高，商業(yè)前景同樣巨大。

量子存儲器用于儲存光子的糾纏態(tài)，作為不同鏈路內(nèi)糾纏建立以及糾纏交換過程的同步裝置，它是量子中繼器能夠?qū)崿F(xiàn)糾纏分發(fā)加速的關(guān)鍵。我國已利用墨子號衛(wèi)星實現(xiàn)了長達(dá)1200公里的遠(yuǎn)程糾纏分發(fā)，但尚未引入量子存儲器。

日前，有媒體報道了國外學(xué)者把一個量子比特的信息存儲在晶體內(nèi)并保存長達(dá)20毫秒的消息，為遠(yuǎn)距離量子網(wǎng)絡(luò)開發(fā)奠定了重要的基礎(chǔ)。

就如傳統(tǒng)的電子計算機(jī)一樣，未來的量子信息技術(shù)的發(fā)展，同樣繞不開信息的存儲和讀取。那么，這個至關(guān)重要的量子存儲器究竟是如何存儲量子信息的?量子信息的存儲又難在哪里呢?

比經(jīng)典存儲器更重要

存儲器的功能就是把信息存儲起來，直到需要用到的時候再讀出。信息的存儲是人類文明傳遞的重要手段，也是現(xiàn)代信息技術(shù)的一個核心環(huán)節(jié)。伴隨著人類歷史的發(fā)展，信息存儲的介質(zhì)也在不斷變化。

人類的大腦是信息存儲的最早介質(zhì)，它使得人類能夠持續(xù)生存與進(jìn)化。從語言到文字是人類文明進(jìn)步的一個轉(zhuǎn)折點，這一變化使得信息可以脫離人本身，以文字等形式保存并傳遞下去。人們先后使用過石頭雕刻、繩子打結(jié)、書本、磁盤、光盤等形式的存儲器。

現(xiàn)代數(shù)字信息處理基于二進(jìn)制計算機(jī)，所以經(jīng)典的存儲器都是存儲比特的，即存儲兩種經(jīng)典狀態(tài)之一：0或者1。大量比特的組合構(gòu)成我們所需要的各類信息。經(jīng)典存儲器包括電腦、手機(jī)內(nèi)存、硬盤以及便攜式U盤等。

由經(jīng)典信息走向量子信息的時代，量子存儲器是必不可少的基礎(chǔ)器件。對比經(jīng)典存儲器，量子存儲器可以存儲量子狀態(tài)。