QNET:研發背景,主要功能,產品特色,特色案例,特色模組,學習教程,

QNET

QNET (Quantum NETwork) 是由百度量子計算研究所研發的量子網路工具集，旨在加速量子網路協定設計，量子網路架構測試以及量子網路標準制定與部署。QNET 提供完備的離散事件仿真框架，幫助對量子網路系統狀態進行高效跟蹤和準確模擬，模組化設計可為不同量子網路架構提供測試環境。

基本介紹

中文名：百度量子網路工具集
外文名：QNET
歸屬：百度量子平台
開發與維護：百度量子計算研究所
官網：https://quantum-hub.baidu.com/qnet/
領域：量子網路、量子通信、量子信息
最新版本：v1.0
平台：Windows、macOS、Linux

研發背景,主要功能,產品特色,特色案例,特色模組,學習教程,

研發背景

量子網路是通過量子技術賦能經典網路的一種方式，通過對量子資源以及量子通信技術的使用，來提升經典網路的信息處理能力，加強信息傳輸的安全性，提供全新的網際網路服務。量子網路的互連互通將會形成量子網際網路，這被認為是 21 世紀最重要的技術前沿之一，其廣闊的套用前景引起了全球關注和各國的競相布局。國內方面也在加緊量子網際網路的部署與建設，“墨子號”量子科學衛星的發射、量子通信骨幹網“京滬幹線”的開通，都標誌著國家對量子網際網路發展的重視與投入。

量子網際網路的結構比經典網際網路更為複雜，除了通常網路需要考慮的頻寬、時延、吞吐量、丟包率等性能參數，更需要考慮保真度、成功機率、相干時間等量子因素的限制。大量參數的相互作用，使得量子網路協定及架構的設計和測試超出了常規數學工具處理的範疇，自動化的網路仿真提供了更高效的解決思路。

主要功能

量子網路工具集 QNET 旨在搭建一套高效的量子網路協定與體系結構的設計工具，助力量子網路協定性能的快速比較、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 向下接入量子硬體，部署量子網路協定算法，向上提供網路架構及套用服務，屬於百度量子平台中的軟體平台。

QNET 全景圖

產品特色

量子網路工具集 QNET 當前版本具有如下特色：

高兼容性：QNET 採用模組化設計思路，提供了一套完備的量子網路組件，幫助用戶自定義量子網路架構；特別地，QNET 提供了量子電路和基於測量的量子計算（Measurement-based quantum computation, MBQC）雙重計算模型，兼容不同類型的量子網路架構測試仿真。
高細粒度：QNET 提供了豐富的底層物理裝置建模，對量子裝置和量子協定進行了精細處理，仿真細粒度精確到每個光子，能夠對真實量子網路實驗進行高度還原。
對接硬體：QNET 通過自研算法，支持將量子網路協定自動化映射為等價的量子電路，進而通過量子硬體接口完成量子網路協定至量子真機的部署，加速量子網路協定的測試與架構部署流程。
特色模板：QNET 提供了豐富多樣的量子網路組件模板，包括量子端節點、量子中繼節點、量子衛星等，這些節點中預設了對應的量子裝置，預裝載了相應的網路協定，用戶可以直接使用或通過繼承的方式進行自定義地拓展，代碼復用能夠大幅加快研發設計流程。

QNET 四大亮點

特色案例

“墨子號”衛星是世界首顆量子科學實驗衛星，於2016年8月16日發射升空，是構建全球量子網際網路的一步前瞻性探索。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。利用量子衛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網際網路的瓶頸。但是，衛星實驗（包括其仿真）的難點在於量子衛星的位置實時變化，需要不斷進行追蹤和數據更新。

特色模組

QNET 中設計了 QPU 模組，旨在提供一種能夠將量子網路協定編譯為標準量子電路，從而能夠連線量子真機進行仿真運行的解決方案。通過調用 QPU 模組，用戶可以對設計好的網路協定進行仿真測試。量子網路協定中複雜的網路行為（包括本地操作和網路通信）將自動被映射到量子電路上，用戶可以選擇本地和雲端模擬器運行量子電路，或連線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路協定展開仿真測試，能夠對量子網路協定的各方面性能進行檢測，從而幫助用戶對協定進行最佳化，加速量子網路協定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路協定仿真也可以有效避免經典仿真方式的計算瓶頸。