2026保持量子优势美国在量子网络领域的战略重点报告-赛迪译丛

量子网络是在不同节点之间传输量子态的技术。规模化落地后，它可以互连量子处理器、提升量子传感器精度、提供防窃听通信。当前整体处于早期阶段：第一代产品实现商业化但性能短板突出，高级应用仍停留在原型验证。厘清不同技术的成熟度与战略价值，对维护国家技术优势意义重大。本报告评估量子网络对国家安全、经济的影响，对比中美战略布局与技术进展，围绕安全通信、分布式量子计算、分布式量子传感三大场景开展分析，提出政策建议。报告明确：量子网络不是单一技术集合，不同应用的价值、周期、基础设施需求差异显著，需要分类、有针对性的政策。1、数据中心内部模块化量子计算是量子网络最紧迫、最重各硬件路线的量子企业普遍认为，模块化量子互连把多台量子处理器集成为更强系统，是实现算力扩容的核心路径，是释放量子计算经济与国家安全价值的关键。其余多数应用价值尚不明确，仅适合小众场景。2、远距离量子网络场景有限、技术难度高在本地设施内完成量子算力扩容效率更高。传感器量子纠缠组网投入巨大；新一代QKD对比经典方案，成本约束使其只能用于少数特殊场景，不能作为完备网络安全方案。远距离场景对量子中继、高精度授时同步、光纤/天基基础设施要求远高于数据中心级互连。3、量子密钥分发仅为后量子密码潜在补充，不可替代美国及多国网络安全机构确认：QKD存在硬件安全漏洞、传输距离受限、基建成本高、缺少身份认证等短板；后量子密码才是抵御量子破译攻击的首要方案。即便大力发展QKD的中国，2025年也启动本国后量子密码标准编制，权威机构认可后量子密码可覆盖绝大多数安全场景。没有国家把QKD作为安全通信首选或者唯一方案。4、中国第一代量子网络部署领先，但不能直接转化为下一代能力中国建成覆盖80余座城市、超1万千米QKD光纤网络，搭配卫星演示系统，积累基建与工程经验。但面向分布式计算、传感的量子网络2.0，对硬件、同步性能提出更高标准，现有QKD基础设施无法直接复用。5、美国拥有良好基础，但优势不会自动维持美国联邦研发投入叠加社会资本，科研与产业生态持续进步，优先布局下一代高价值量子网络，没有过度押注第一代QKD。但现有投资仍有提升空间，需要配套政策放大收益。1、建立量子网络标准定义、性能基准、应用评估体系，客观衡量技术进展与短板，减少联邦资助项目重复建设。2、将数据中心内部可扩展量子计算的量子互连作为最高优先级，扩大DARPA异构量子架构项目规模，国家实验室、NSF、NIST协同攻关量子接口、量子存储器、单光子源与探测器等核心组件。3、合理布局远距离量子网络研发，维护测试平台体系，获取纠缠分发、组件集成的实证数据，避免对短期无法落地的应用过度投资。4、保障光子集成电路、高精度授时、超低损耗光纤等关键使能技术供应链安全，防范跨领域系统性风险。5、加速国内后量子密码迁移，强化盟友协同，规避多国标准不统一带来的互操作风险。二、引言量子技术是中美竞争关键领域，量子计算机有望重塑药物、材料、密码分析，量子传感器已经进入早期军事应用。美国科研与产业优势明显，但地位并非牢不可破。量子网络分为两代：量子网络1.0：以量子密钥分发QKD为代表，已经商用，但性能受限；量子网络2.0：以量子纠缠作为共享资源分发，支撑分布式计算、传感、增强安全通信，需要重大技术突破，实用价值尚未完全验证。中美选择不同路径：中国大规模部署QKD，同时布局纠缠分发；美国降低QKD优先级，重点研究量子网络2.0，但联邦投入低于量子计算、量子传感。美国政策制定者需判断：克制策略是审慎选择，还是会错失关键能力。本报告旨在为此提供决策依据。三、量子网络核心概念要把握量子网络战略价值，需厘清两大区别：量子网络与经典网络、量子网络1.0与2.0。这直接决定应用能力、基建要求与技术成熟度，是研发投入优先级判定的关键。经典网络传输二进制比特，信息可复制、放大、转发，长距离传输无原理性衰减。量子网络分发量子态与量子纠缠；量子比特极易受测量干扰甚至损坏，虽带来独有安全能力，但建设运行难度显著更高。量子网络1.0以量子密钥分发为代表，实现两点间直连量子通信，通过量子信号扰动检测窃听，协商生成加密密钥，已商业化；但存在传输距受限、硬件安全漏洞等短板。量子网络2.0核心是分发共享纠缠资源，设备可按需调用，实现经典通信做不到的协同量子运算，摆脱对硬件安全的高度依赖。可互连量子芯片推进容错量子计算，也可组网量子传感器获得更高测量精度，服务导航与科研；不过该技术条件要求极高，距离大规模实用尚远。量子网络核心概念量子比特、叠加态与测量：量子信息基础单元，可处于0/1叠加态；测量会扰动量子态，常编码在光子中传输。纠缠：量子比特间特殊强关联，无论距离远近，测量一个会瞬间确定另一个状态；纠缠是网络共享物理资源，不等同通信信道。纠缠分发（亦称纠缠交换相邻节点建立短纠缠链路，中间节点做联合测量，把纠缠传递到远端，是量子中继的核心量子中继器：协议体系，依靠纠缠源、量子存储器、单光子探测器、高精度同步，克服光纤损耗，实现远距离纠缠分发，尚无成熟工程实现。量子网络2.0以节点间分发纠缠构建共享资源，支撑远距离设备的联合计算、协同测量与安全通信。网络节点涵盖量子计算芯片、处理单元、量子传感器、光子探测器，节点链路可采用光纤或地面、卫星等自由空间信道。各类应用对规模与基础设施要求差异明显：数据中心级模块化量子计算依托短距光纤连接同场地内芯片、处理器，聚合算力，是近期最具备落地条件的优先场景（图1左侧）。而地理分布式量子计算借助远距离光纤或卫星组网，多用于隐私保护下访问远程量子计算机等小众场景，但会随距离叠加严重信号损耗，依赖尚未验证的量子中继器架构（图各个量子计算芯片或处理器通过纠缠相互联网，在数据中心内开展联合计算，形成更强大的量子计算机。多台量子计算机通过量子纠缠实现相互联网，进行跨设施联合计算。量子网络与互联网类比的局限性“量子互联网”容易和经典互联网类比，该类比具有误导性。经典互联网复制、广播信息，用户越多价值越高；量子信息不能复制广播，纠缠属于一次性消耗的物理资源，必须配合本地量子操作+经典通信才能发挥作用。量子网络需要专用硬件、严苛运行环境，很难发展为全球开放通用网络。中短期价值集中在限定场景：数据中心处理器互连、特定区域高精度传感等。报告不使用“量子互联网”表述，将其视为一套关键使能技术集四、量子网络应用：前景、局限与现状不同量子网络应用，价值定位、技术成熟度差距悬殊，直接决定资源投入方向。报告重点分析量子密钥分发、分布式量子计算、分布式量子传感三大方向，研判潜力、固有短板与发展现状。整体形成一条核心判断：后量子密码是化解量子计算机破译风险的主要手段；量子密钥分发只能作为补充，无法实现替代；设备无关量子密钥分发更大的价值，在于牵引第二代量子网络底层技术迭代。量子通信依托量子物理效应实现信息传输，安全性建立在物理规律之上，而非数学计算难度。随着业界意识到强大量子计算机可以破解现有公钥密码体系，量子通信研究得到进一步推动。公钥密码依靠经典计算机难以求解的数学难题，而量子计算机可以实现高效破解。应对该风险，美国将后量子密码研发部署列为优先事项。后量子密码属于经典密码新标准，依托现有网络基础设施部署，算法同时抵御经典、量子计算攻击。量子密钥分发是发展最成熟、部署规模最大的量子通信应用，归属于量子网络1.0。收发双方通过光纤直连链路传输量子态，一旦窃听发生，信号错误率上升，双方就可以提炼安全共享密钥用于加密业务。1、量子密钥分发当前和固有的局限性即便拥有理论安全优势，量子密钥分发现实短板十分突出。美国国家安全局多次发布文件表明，不建议将量子密钥分发作为国家安全系统主流安全方案，英国、澳大利亚、德国等多个盟国也给出相似结论。第一，不属于完备网络安全解决方案。仅负责生成加密密钥，身份认证、终端防护、抵御应用层攻击仍然依赖经典系统。第二，传输距离与规模化拓展存在瓶颈。光纤中量子信号快速衰减，依靠可信中继延长距离，又会重新引入传统安全漏洞。第三，硬件实现层面存在安全缺陷。已经出现多起侧信道攻,、，。，。,,、，一一,,。_,。、，_。，一。，,,、,、。，、、，、、。，、，，、。，,。，、--、，一、，，。，，一一。，一一一一一一--一,。、,、,。。，，,、,。,、。，,、、、、、，一、,--**,,*.*,一一,、，、、，,、--,,。_、、