2.3 量子互联网
目前，“量子互联网”的基本概念是提供量子连接，从多个接入点连入亚马逊Web服务（AWS）、微软“Azure”、谷歌云、IBM云、阿里巴巴云、甲骨文云等大公司“云端”的量子计算机。
“量子互联网”依赖的主要量子特征与量子计算机相同：叠加、退相干和纠缠。虽然“量子互联网”偶尔可能包括某些混合网络中的传统数字组件，但其本质截然不同。
对相关物理学的深刻理解超出了本文的范畴。事实上，很少有人完全理解，甚至连专家们也未达成一致意见。本文的重点在于“量子互联网”的应用。量子互联网尚处于早期阶段，其用途仍在不断涌现，但它与加密的关系显然是核心问题之一。另一个核心问题是，量子互联网能否提供对（未来）具有大规模计算潜力的量子计算机的广泛访问。可以预见，量子网络的创建过程复杂且昂贵，对大多数用途而言（至少就目前而言），经典的数字网络可能更为有效。
2.3.1 量子互联网：理论
经典电信网络（和计算机）的基础是二进制代码，其所用的“比特位”是“二进制数”的缩略语。量子互联网现处于早期阶段，依赖的是“量子比特”或“量子位”。数字比特位具有两种可能的状态（0和1），量子比特则至少有三种。第三种状态是“叠加”，粒子的位置定义为概率分布。该状态仅在与环境相互作用（如被测量）的情况下坍塌为有形的形式，称为“退相干”。在此情况下，存在具有某些特征的粒子。此时，量子比特可与另一个（可能更多个）其他粒子“纠缠”，无法相互摆脱。任何干扰或复制（如黑客攻击）均可从根本上改变纠缠的粒子。纠缠是量子通信的关键。[43]
我们所知的互联网利用无线电频率通过各类传输介质将计算机连入全球网络。在量子互联网中，量子网络利用纠缠的量子粒子以未知的量子叠加态发送信号。之后，当发送方的纠缠粒子坍塌为有形状态时，“被纠缠”的粒子同样坍塌，且与另一粒子具有相同属性。如果任一个粒子发生了变化，量子纠缠会令两个粒子在瞬间相互响应。理论上此种联系可存在于超远的距离之间，使量子连接格外安全。[44]
这一怪相突显了量子互联网所利用的密码学、信息论和基础物理学之间的深层联系。奥地利物理学家安东·泽林格（Anton Zeilinger）在2005年的《自然》杂志中直言不讳地表示：
“我所学到的是在谈论量子纠缠时放下所有直觉。任何试图用我们周遭世界的某些事物进行的类比都不会奏效，因为这是量子的概念，而在日常生活中，我们看不到什么真正的量子概念。所以我放弃尝试直观地解释何为纠缠。”[45]
爱因斯坦如铁律一般的光速是宇宙极限速度的问题并没有简单的答案。对明显“快于光”的速度问题的一个回答是，因为相互退相干是同时发生的，所以不存在“速度”。没有任何运动，没有实际的信息传递。[46]其他研究人员声称测量到的速度是光速的1万倍。[47]
2.3.2 量子互联网：技术
量子技术可应用于标准电信网络。例如，西班牙的研究人员基于软件定义网络（SDN）的技术开发出量子加密网络并集成到商用光网络中，以灵活、动态、可扩展的方式实现了量子网络和经典网络的服务。在现有基础设施上运用标准通信系统开发量子网络的这一事实凸显了此项技术的成熟性，令远隔60公里的两点间的连接链路得以实现切换。[48]
同一光波段下，20个量子信道可共用同一条光纤，若使用标准的100G光模块，可在城域网中以超过2 TB/s的速率同时传输量子信号。[49]
量子技术为当前的技术漏洞提供了解决方案。利用量子技术，可运用量子原理通过公共通信信道生成密钥，密钥可抵御任何攻击，包括来自量子计算机的攻击。量子技术甚至能够立即探测到一切攻击企图。[50]
纠缠的光子束通过空气或光纤时，会遇到其他粒子而慢慢被截取吸收。至多数百公里后，99.99%的光子将会消失，信号因而变得太弱，无法用于通信。解决此问题的一个办法是通过绕地球运行的卫星进行连接，通过激光束从太空向下发射光子。[51]
另一种方法是使用中继器重新传输衰减信号。“半量子”系统沿“可信节点”链[52]建立量子连接，这些节点会对信号进行解码和重新编码。此类链路中，在用的最长链路是北京经济南、合肥至上海的长达2 000公里的通信线路。[53]
世界各地的科学家们正努力寻找新方法来实现一个无法被“黑”的互联网，该互联网将量子纠缠作为组网链路。[54]最大的挑战在于将网络扩展至与大量粒子和网络节点共用纠缠链路的大型网络。
量子互联网很可能是第一个成为现实的量子信息技术。2018年，荷兰代尔夫特Qu Tech的研究人员在《科学》上发表了一份实现该目标的综合指南。指南描述了六个阶段[55]，起点是简单的量子比特网络，这些网络已可实现安全的量子通信——此阶段可能在不久的将来成为现实。以全量子方式连接的量子计算机网络是六大阶段的终点。每个阶段都会出现新的应用，如极为精确的时钟同步，或将地球上的各个望远镜集成为一个虚拟的超级望远镜。这项工作创造了一种共同语言，将高度跨学科的量子组网统一起来，打造全球性量子互联网之梦。[56]
最终目标是创建一个全面连接的量子计算机网络。第一阶段是“几个量子比特的容错网络”，网络中位于各节点的量子计算机还不够大，无法超越标准计算机的性能。尽管如此，计算机能够容错便意味着它们将执行相对复杂的计算并在相当长的时间内存储量子数据。[57]