撰文：张 烽
一、从「星地链路」到「全球组网」，量子网络迎来关键节点
当全球科技巨头竞相投入量子计算，试图破解经典计算机的算力极限时，一个更为宏大且基础性的挑战正浮出水面：如何将这些分散的量子计算节点、量子传感器乃至未来的量子用户，安全、高效地连接成一个整体？量子信息科学的终极目标，正是构建一个高效、安全的全球量子网络。然而，光量子在光纤中传输会因损耗而迅速衰减，这如同信息高速公路上的「天堑」，严重制约了量子通信的距离与规模。
近期，中国科学技术大学研究团队在国际上首次构建出可扩展量子中继的基本模块，并实现了百公里级的设备无关量子密钥分发，这一系列突破被普遍认为是迈向实用化量子网络的里程碑。这标志着量子互联网的构建，从依赖特殊信道（如「墨子号」卫星的星地链路）的「点对点」演示，迈向了基于地面光纤的可扩展「网络化」新阶段。这一技术飞跃，不仅关乎通信安全，更将深刻影响 AI Agent 的协同、Web3 的信任基石、数字风险治理模式以及全球开源生态的演进。
二、构建分层量子服务，赋能下一代数字基础设施
量子中继技术的成熟，将催生一个全新的、分层化的量子网络业务生态。其核心业务模式并非取代经典互联网，而是作为其关键增强层，提供经典网络无法企及的服务。
首要且最接近商用的业务层是量子安全通信服务。基于可扩展量子中继实现的远距离、设备无关量子密钥分发（DI-QKD），能够提供理论上绝对安全的密钥共享。这为金融、政务、能源等关键基础设施的专网建设，以及 Web3 中对于去中心化身份和资产的安全托管，提供了终极解决方案。
其次，是分布式量子计算服务。通过量子中继连接多个中等规模的量子处理器，可以构建虚拟的「超大规模量子计算机」，突破单一芯片的物理比特限制，解决更复杂的优化、模拟问题。这将为 AI 大模型的训练、新材料的发现等提供前所未有的算力池。
第三层是量子传感网络服务。连接分布广泛的量子传感器（如原子钟、磁力计），可构建超高精度的时空基准网络，应用于自动驾驶、地质勘探乃至基础科学研究。这三层服务共同构成了未来量子互联网的核心价值链。
三、从政府采购到平台订阅，探索多元价值变现路径
量子网络作为重资产、高技术门槛的基础设施，其盈利模式将呈现阶段性演进。
在初期（示范应用期），盈利主要依赖于政府和大型企业的专项采购。例如，为国家核心通信干线、军事指挥网络、国家级科研网络提供量子加密升级解决方案。设备无关量子密钥分发在百公里级的突破，为这类高安全等级专网的建设扫清了关键技术障碍。
中期（生态构建期），随着网络节点和用户的增加，平台化订阅模式将成为主流。云服务商（如 AWS、Azure、阿里云）可能推出「量子安全即服务」（QSaaS）或「量子计算即服务」（QCaaS）的订阅套餐，企业按需购买量子密钥分发时长或分布式量子计算资源。同时，面向金融、医疗等垂直行业的定制化解决方案将带来高额利润。
远期（大众化时期），量子网络能力可能作为一种基础功能被集成到消费级设备和应用中，通过授权费、流量分成的模式盈利。例如，未来智能手机或物联网设备内置微型量子通信模块，为个人数据加密、数字资产交易提供底层支持，相关芯片和协议授权将产生持续收入。开源生态将在中远期扮演关键角色，通过开放部分协议和接口标准，吸引大量开发者构建应用，从而扩大网络效应和平台价值。
四、指数级提升效率与无条件安全，奠定不可替代性
量子中继技术之所以被视为革命性突破，源于其带来的两大核心优势，这些优势是经典中继技术根本无法实现的。这两大优势的结合，使得量子网络在超高安全通信和分布式量子信息处理领域具备了不可替代的战略价值。
第一是对传输效率的指数级提升。根据研究，利用量子中继方案在 1000 公里光纤中进行纠缠分发，其效率相比光子直接在光纤中传输，提升了惊人的 100 亿亿倍。这种跨越数量级的提升，使得构建横跨大陆甚至全球的量子网络从物理原理上成为可能。
第二是提供「设备无关」的无条件安全性。本次突破中实现的百公里设备无关量子密钥分发（DI-QKD），其安全性不依赖于对物理设备本身的完全信任。即使设备存在未知漏洞或遭到恶意操控，只要遵守量子力学定律，通信的保密性依然能得到数学上的保证。这彻底解决了传统量子密钥分发（QKD）中因设备不完美可能带来的安全风险，为构建真正值得信赖的全球安全网络奠定了基石。
五、与经典加密及传统 QKD 的长期共存与互补关系
在讨论量子网络的「竞品」时，需明确其并非要全面取代现有技术，而是在特定场景下形成互补与超越。
关于后量子密码（PQC）。这是经典计算框架下的加密算法，旨在抵抗未来量子计算机的攻击。其优势在于易于通过软件升级部署在现有互联网设施上，成本低。而量子密钥分发（QKD）及其中继网络，提供的是基于物理原理的、面向当前和未来的长期安全性，但需要专用硬件和信道。两者关系更可能是「双轨制」并存，PQC 用于海量数据的普遍加密，QKD 用于保护最高等级的密钥和长期秘密。
关于传统可信中继 QKD。这是目前已有商用的 QKD 组网方式，通过在中继节点对密钥进行「测量-重新生成」来延长距离。但其安全性依赖于对每个中继节点的物理安全绝对信任，存在单点故障风险。而基于量子纠缠交换的量子中继，其中继过程不直接测量密钥信息，安全性更高，且更具可扩展性。随着量子中继技术成熟和成本下降，它有望逐步替代长途干线上的可信中继方案。
关于卫星量子通信：如我国的「墨子号」，优势在于超远距离（星地可达千公里级）和灵活组网，适合覆盖偏远地区或作为骨干网补充。但其通信窗口受天气、轨道周期限制，持续性和带宽受限。地面光纤量子中继网络则能提供稳定、高带宽、可全天候工作的城市间或洲际链路。未来更可能是「星地一体」的融合网络。
六、从实验室模块到工程化网络的漫长征途
尽管原理性突破令人振奋，但将可扩展量子中继的基本模块转化为覆盖全球的稳健量子互联网，仍面临一系列严峻的工程技术与非技术挑战。
技术层面，首当其冲的是系统复杂度与稳定性。当前实验在极低温、高真空等精密控制的实验室环境下完成。如何将原子节点、光学接口、控制电子学等集成到小型化、低功耗、能在标准机房环境中 7x24 小时稳定运行的工程设备中，是巨大的挑战。
其次，网络协议与标准缺失。经典互联网有 TCP/IP 协议栈，而量子互联网需要全新的协议栈，以管理纠缠资源的产生、存储、交换、路由和消耗，并实现与经典网络的协同。这需要全球产学研界的广泛协作。
成本问题同样突出。基于冷原子、离子阱等技术的量子中继节点目前造价高昂，大规模布署的成本难以承受。
非技术层面，人才缺口巨大，同时具备量子物理、光学工程、网络技术和密码学知识的复合型人才凤毛麟角。
此外，社会与市场的认知与接受度也需要时间培育，用户需要理解量子安全与传统安全的区别及其真正价值所在。
七、技术主权、出口管制与全球标准博弈
量子中继及量子网络技术因其战略意义，将不可避免地置身于复杂的全球合规与地缘政治环境之中，主要风险体现在三个方面。
一是技术出口管制风险。量子技术已被世界主要国家列为敏感关键技术，受到严格的出口管制。例如，用于量子中继的精密激光器、低温设备、特种光纤等核心部件，其国际贸易将面临审查和限制。相关企业的海外研发合作、技术转让乃至学术交流都可能受到影响。
二是数据主权与跨境流动合规风险。量子网络，特别是提供绝对安全通信的网络，将承载最敏感的数据。各国关于数据本地化存储、跨境数据传输的法律法规（如欧盟的 GDPR、中国的《数据安全法》）将如何适用于量子信道，是一个待厘清的新领域。使用跨国量子链路进行通信，可能同时触发多个司法管辖区的合规要求。
三是标准制定与知识产权风险。全球量子互联网需要统一的技术标准（如量子网络协议、接口规范）。标准制定权的争夺本质上是未来产业主导权的争夺。目前，国际电信联盟（ITU）、IEEE、ISO 等组织已开始相关研讨。在标准战中落后，可能导致技术路线被锁定、专利受制于人，从而在未来的「量子生态」中处于价值链下游。企业和技术团队必须提前进行专利布局，并积极参与国际标准制定。
八、十年展望，与 AI、Web3 融合定义数字未来
展望未来十年，量子中继技术的突破将像当年的 TCP/IP 协议一样，开启一个全新的网络时代，并与其它前沿技术深度耦合。
短期我们将看到基于量子中继的城域、城际量子保密通信网络示范工程陆续建成，首先服务于国家政务、金融和科研专网。设备无关 QKD 技术将从实验室走向产品化。
中期跨洲量子骨干网有望初步联通，分布式量子计算云平台开始提供商业服务。量子网络将与经典云网络深度融合，形成「混合云」架构。
长期来看量子互联网将催生如今难以想象的应用：与 AI 融合，分布式量子计算可为 AI Agent 提供强大的协同推理和优化能力，处理经典 AI 难以解决的复杂环境建模与决策问题；赋能 Web3，量子安全通信为去中心化身份（DID）和跨链交互提供物理级信任基础，抵御未来量子计算机对区块链签名算法的攻击，重塑数字资产的安全范式；革新数字治理，基于量子网络的无条件安全通信，为关键数字基础设施的风险管理提供了「压舱石」，可能催生新的安全认证与审计模式。同时，一个健康、开放的开源生态对于量子互联网软件栈、中间件和应用创新至关重要。
构建全球量子互联网是一场跨越国界与学科的宏伟征程。中国科学家在可扩展量子中继上的突破，为这场征程贡献了一个坚实的起点。然而，从「点」的突破到「网」的成熟，仍需全球科技界、产业界和政策制定者秉持开放协作的精神，共同攻克工程、标准与治理的难题。唯有如此，人类才能驾驭量子之力，构建一个比当今互联网更安全、更智能、更强大的未来数字世界。
