The quantum internet is envisioned as the ultimate stage of the quantum revolution, which surpasses its classical counterpart in various aspects, such as the efficiency of data transmission, the security of network services, and the capability of information processing. Given its disruptive impact on the national security and the digital economy, a global race to build scalable quantum networks has already begun. With the joint effort of national governments, industrial participants and research institutes, the development of quantum networks has advanced rapidly in recent years, bringing the first primitive quantum networks within reach. In this work, we aim to provide an up-to-date review of the field of quantum networks from both theoretical and experimental perspectives, contributing to a better understanding of the building blocks required for the establishment of a global quantum internet. We also introduce a newly developed quantum network toolkit to facilitate the exploration and evaluation of innovative ideas. Particularly, it provides dual quantum computing engines, supporting simulations in both the quantum circuit and measurement-based models. It also includes a compilation scheme for mapping quantum network protocols onto quantum circuits, enabling their emulations on real-world quantum hardware devices. We showcase the power of this toolkit with several featured demonstrations, including a simulation of the Micius quantum satellite experiment, a testing of a four-layer quantum network architecture with resource management, and a quantum emulation of the CHSH game. We hope this work can give a better understanding of the state-of-the-art development of quantum networks and provide the necessary tools to make further contributions along the way.


翻译:量子互联网被设想为量子革命的终极阶段,在诸如数据传输效率、网络服务安全和信息处理能力等诸多方面超越了它的传统对应系统,例如数据传输效率、网络服务安全和信息处理能力等。鉴于其对国家安全和数字经济的破坏性影响,已经开始了一场建设可缩放量子网络的全球竞赛。在各国政府、工业参与者和研究机构的共同努力下,量子网络的开发近年来进展迅速,使第一个原始量子网络能够到达。在这项工作中,我们的目标是从理论和实验角度对量子网络领域进行最新的审查,帮助更好地了解建立全球量子互联网所需的构件。我们还推出了一个新开发的量子网络工具包,以促进创新思想的探索和评价。特别是,它提供了双量子计算引擎,支持量子电路和测量模型的模拟。它还包括一个将量子网络协议绘图到量子电路的汇编计划,使其能够在现实世界量子硬件装置上进行模拟。我们用几个特征演示工具展示了这个工具包的力量,包括模拟了建立全球量子互联网所需的量子网络,我们模拟了这一结构的量子数据网络,从而测试了对量子卫星的量子研究。

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