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面向量子互联网的混合网络演进路径1

面向量子互联网的混合网络演进路径

摘要

量子互联网作为下一代信息网络的重要发展方向，其建设将彻底改变现有信息传

输与处理范式。本报告系统研究了面向量子互联网的混合网络演进路径，提出了从经典

网络向量子经典混合网络再到纯量子网络的渐进式发展路线。报告基于量子力学原理

和经典网络技术，构建了完整的理论框架与技术体系，详细分析了各阶段的技术挑战与

解决方案。研究表明，通过采用量子密钥分发、量子中继、量子存储等关键技术，结合

现有光纤网络基础设施，可实现量子网络与经典网络的平滑融合。报告还设计了分阶段

实施方案，预测了各阶段的技术指标与经济效益，并提出了相应的风险防控策略。本报

告为我国量子互联网建设提供了系统性的技术路线图和实施指南，对抢占量子科技战

略制高点具有重要意义。

引言与背景

量子互联网的战略意义

量子互联网是基于量子力学原理构建的新型信息网络，能够实现量子比特(qubit)

的远距离传输与处理，具有经典网络无法比拟的安全性和计算能力。根据全球量子科技

发展态势，量子互联网已成为世界主要科技强国竞争的战略高地。美国《国家量子倡议

法案》明确将量子互联网列为优先发展方向，欧盟”量子旗舰计划”投资10亿欧元推进

量子网络研发。我国《“十四五”规划和2035年远景目标纲要》也将量子科技列为前沿

科技领域重点攻关方向。量子互联网的建设将从根本上解决信息安全问题，推动分布式

量子计算发展，并为量子传感网络提供支撑，其战略价值不可估量。

混合网络演进的必然性

从技术发展规律看，量子互联网不可能一蹴而就，必须经历与经典网络长期共存的

混合发展阶段。一方面，量子通信技术仍面临传输距离短、存储时间短、中继效率低等

瓶颈问题；另一方面，现有经典网络基础设施投资巨大，完全替换不现实也不经济。国

际电信联盟(ITU)预测，到2030年全球量子网络市场规模将达到150亿美元，但其中

70%将是量子经典混合网络。因此，研究混合网络演进路径具有重要的现实意义，既能

保护现有投资，又能逐步引入量子技术，实现平稳过渡。

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研究范围与报告结构

本报告聚焦量子互联网的混合网络演进路径研究，涵盖从理论基础到实施方案的

全链条分析。报告采用”现状分析理论构建技术路线实施方案”的逻辑框架，共设14个

章节。首先分析量子网络与经典网络的技术特点与融合需求；然后构建混合网络的理论

模型与协议体系；接着提出分阶段演进的技术路线；最后设计实施方案并评估效益与风

险。报告特别注重技术细节的深度解析，包括量子密钥分发协议、量子中继原理、混合

网络架构等核心内容，为实际工程应用提供参考。

研究概述

研究目标与核心问题

本研究旨在解决量子互联网建设中的关键技术问题，提出切实可行的混合网络演

进路径。核心研究目标包括：建立量子经典混合网络的理论框架；设计兼容经典网络的

量子通信协议；开发高效量子中继与存储方案；制定分阶段实施的技术路线。需要解决

的关键科学问题包括：量子信道与经典信道的干扰机理；量子信息在混合网络中的传输

效率优化；量子纠错与经典纠错的协同机制；网络架构的平滑演进策略等。这些问题的

突破将直接决定量子互联网建设的可行性与经济性。

研究方法与技术路线

本研究采用理论分析与实验验证相结合的研究方法。理论方面，基于量子力学和信

息论构建混合网络模型；实验方面，利用量子网络测试平台验证关键协议性能。技术路

线分为三个层次：基础层研究量子通信物理原理；协议层开发混合网络通信协议；系统

层设计网络架构与演进方案。特别注重与现有网络标准的兼容性，如与TCP/IP协议

族的协同设计。研究将采用模块化方法，确保各阶段成果可独立应用，同时又能无缝集

成到最终系统中。

创新点与预期贡献

本研究的创新点主要体现在三个方面：首次提出”渐进式量子化”的网络演进理念；

设计量子经典混合编解码方案；建立混合网络性能评估体系。预期贡献包括：形成完整

的混合网络理论体系；开发系列核心专利技术；制定行业标准草案；培养量子网络专业

人才。研究成果将直接服务于国家量子科技战略，为我国量子互联网建设提供技术储

备，同时也可应用于国防、金融等高安全需求领域，产生显著的经济和社会效益。