DARPA启动“量子增强网络”项目，融合量子与经典通信技术
DARPA启动“量子增强网络”项目，融合量子与经典通信技术
美国国防高级研究计划局（DARPA）于2023年6月13日宣布启动“量子增强网络”（QuANET）项目，旨在通过融合量子和经典通信技术，为关键网络基础设施提供基于量子物理学的安全能力。该项目计划通过51个月的四阶段研发，开发出能够将量子通信特性融入现有经典网络的基础设施，以应对日益复杂的网络威胁。
项目背景与目标
当前，即使是最先进的经典网络也面临着不断演变的网络攻击威胁。量子网络通过利用量子特性来保护数据，有望缓解这些安全漏洞。然而，现有的量子实现方式缺乏统一标准，导致系统间难以协同工作。DARPA的QuANET项目旨在解决这一问题，通过将量子和经典方法整合到网络中，为关键基础设施提供更高级别的安全保护。
据DARPA信息创新办公室（I2O）QuANET项目经理艾莉森·奥布莱恩（Allyson O"Brien）博士介绍，该项目的核心挑战之一是实现量子光链路与经典计算机的安全、可配置连接。通过将量子和经典网络社区结合在一起，研究人员希望能够创造一个全新的网络范式。
技术架构与实施路径
QuANET项目将开发一个混合的量子-经典通信网络架构，重点在于增强现有软件基础设施和网络协议的安全性。项目将通过融合当前最先进的量子通信能力和现有经典网络基础设施来实现这一目标。具体来说，项目将探索以下三个方面的应用：
- 量子时间同步：增强时钟同步任务和飞行时间测试
- 量子传感和计量学：提高对信息传播情况的了解
- 量子信息嵌入：减轻信息盗窃和数据损坏的风险
项目将开发一种环境加固的、可配置的网络接口卡（qNIC），直接连接量子链路和经典计算节点。这种硬件设计旨在扩展经典网络的能力，同时避免专注于量子密钥分配（QKD）这一量子通信的典型应用。
项目架构与阶段规划
QuANET项目为期51个月，分为四个阶段：
- 第0阶段（3个月）：专注于qNIC的设计
- 第1阶段（18个月）：集中于qNIC的制造和原型数据流及拓扑结构的开发
- 第2阶段（18个月）：利用光纤网络，将数据流和拓扑增强功能与制造的qNIC集成
- 第3阶段（12个月）：侧重于光纤、量子增强网络的可扩展性和空中链接扩展的初步设计
技术领域与合作机制
QuANET项目将重点关注三个技术领域（TA）：
- TA1：量子网络接口卡（qNIC）开发
- TA2：数据流的量子增强
- TA3：拓扑量子增强技术
每个技术领域都将开发特定的硬件和软件解决方案，并在项目过程中进行严格的测试和评估。项目将通过《联合承包商协议》（ACA）促进信息交流，确保各组件之间的兼容性。
阶段性目标与预期成果
项目设定了明确的阶段性目标和预期成果：
- 第0阶段：完成qNIC的设计规范
- 第1阶段：开发能够传输kb/s级数据的qNIC
- 第2阶段：将qNIC吞吐量提高50%，提升验证准确率和检测时间
- 第3阶段：实现Mb/s级吞吐量，并建立空中接口组件设计
时间表与合作机制
QuANET项目将在项目初期与潜在的技术转化伙伴进行合作，并在整个项目过程中保持互动。项目将定期举行集成活动、研讨会和主要研究人员会议，以确保技术的持续发展和实际应用。