近日，北京量子信息科学研究院（以下简称“量子院”）量子直接通信团队与清华大学合作，基于安全中继网络，创新性地设计了量子通信网络层协议与架构，实现了网络数据的高效安全传输。
量子网络是量子技术的重要发展方向之一，信息论安全性的量子直接通信（QSDC）网络正是其中的典型代表。要实现量子网络对量子应用的拓展和支撑，离不开网络协议的高效设计与兼容性。然而，由于量子网络构建技术仍在不断发展中，相应协议需要具备与多种技术平台的兼容性，以便实现经典网络向量子网络的平滑过渡。与此同时，构建大型量子网络的高成本问题一直是制约其可持续发展的重要因素。如何最大化地利用有限资源、降低通信成本、提高传输效率，成为全球量子研究的关键挑战之一。
图1 使用量子电路交换和分组交换策略实现信息传输流程图
安全中继网络是量子网络发展的重要阶段之一，因其可在现有技术条件下实现，具有里程碑式的意义。在此基础上，研究团队提出了量子安全直接通信网络模型，这项突破性设计提供了一种安全中继器与不可信中继器混合部署的方法，并巧妙结合了测量设备无关方案的优势，大幅提升了通信安全性和网络灵活性。
为了进一步提高量子网络的数据传输效率，团队创新性地提出了量子电路交换策略和分组交换策略。这两种协议确保了信息在网络中的高效、稳定传输，为构建实用化的量子通信网络提供了坚实基础。针对量子网络中的高成本问题，研究团队构建了基于现有光纤网络的混合 QSDC 网络成本模型，并开发了启发式成本优化算法（HCOA），通过仿真验证表明，该算法在资源利用率优化和网络通信成本降低方面表现突出，为实际量子网络的经济部署提供了可行性参考。
