QNET

量子網絡是通過量子技術賦能經典網絡的一種方式，通過對量子資源以及量子通信技術的使用，來提升經典網絡的信息處理能力，加強信息傳輸的安全性， 提供全新的互聯網服務。量子網絡的互連互通將會形成量子互聯網，這被認為是 21 世紀最重要的技術前沿之一，其廣闊的應用前景引起了全球關注和各國的競相佈局。國內方面也在加緊量子互聯網的部署與建設，“墨子號”量子科學衞星的發射 ^[2]  、量子通信骨幹網“京滬幹線”的開通 ^[3]  ，都標誌着國家對量子互聯網發展的重視與投入。

量子互聯網的結構比經典互聯網更為複雜，除了通常網絡需要考慮的帶寬、時延、吞吐量、丟包率等性能參數，更需要考慮保真度、成功概率、 相干時間等量子因素的限制。大量參數的相互作用，使得量子網絡協議及架構的設計和測試超出了常規數學工具處理的範疇，自動化的網絡仿真提供了更高效的解決思路。

量子網絡工具集 QNET 旨在搭建一套高效的量子網絡協議與體系結構的設計工具，助力量子網絡協議性能的快速比較、驗證與調試，從而加速相關技術的研發，大幅降低試錯成本。QNET 向下接入量子硬件，部署量子網絡協議算法，向上提供網絡架構及應用服務，屬於百度量子平台中的軟件平台。

量子網絡工具集 QNET 當前版本具有如下特色：

“墨子號”衞星是世界首顆量子科學實驗衞星，於2016年8月16日發射升空，是構建全球量子互聯網的一步前瞻性探索。 ^[2]  2017年，“墨子號”與地面興隆站進行實驗，演示了天地一體的量子密鑰分發。實驗過程中，墨子號先後經過姿態調整、跟蹤鎖定、密鑰分發、數據後處理等一系列流程，有效密鑰分發時間為5分鐘左右。利用量子衞星可以有效拓展量子密鑰分發的距離，克服實現全球性量子互聯網的瓶頸。 ^[4]  但是，衞星實驗（包括其仿真）的難點在於量子衞星的位置實時變化，需要不斷進行追蹤和數據更新。

通過 QNET 工具集的使用建模，可以對2017年的“墨子號”量子密鑰分發實驗的流程和數據進行仿真實驗，結果顯示仿真數據和真實數據高度吻合，從而完成了對墨子號量子衞星實驗的仿真驗證。該案例很好地展現了量子網絡仿真工具在協議驗證上的優勢，即使在沒有真實硬件設備的情況下也能快速分析協議性能，進而優化協議參數，降低試錯成本；特別是對於量子網絡架構標準制定以及量子衞星等大型工程，更需要適當的仿真工具進行輔助。

QNET 中設計了 QPU 模塊，旨在提供一種能夠將量子網絡協議編譯為標準量子電路，從而能夠連接量子真機進行仿真運行的解決方案。通過調用 QPU 模塊，用户可以對設計好的網絡協議進行仿真測試。量子網絡協議中複雜的網絡行為（包括本地操作和網絡通信）將自動被映射到量子電路上，用户可以選擇本地和雲端模擬器運行量子電路，或連接真機運行以獲得真實的實驗數據。

在量子計算機上對量子網絡協議展開仿真測試，能夠對量子網絡協議的各方面性能進行檢測，從而幫助用户對協議進行優化，加速量子網絡協議從最初的設計提出到最終標準化部署的發展。與此同時，使用量子計算機對量子網絡協議仿真也可以有效避免經典仿真方式的計算瓶頸。

QNET 提供了從理論到實踐的詳盡教程，用户可以通過官網進行學習。 ^[1]  現有教程的內容安排如下：