全光交换机在量子网络中的作用

在新兴的量子网络领域中，全光交换机的作用在日益提升，需求也在迅速增长。 量子网络领域，特别是量子通信，有希望也有潜力实现以前不可能完成的通信。 

根据市场调研机构Fortune Business Insights的最新预估，从2021至2028年，该市场的复合年增长率将达到80.8%，到2028年将达到31亿美元。要利用这一契机，通信行业必须确保拥有合适的工具来开始和持续适应。

量子计算的优势
量子计算利用量子力学的基本原理来进行计算。这有助于解决因处理能力和存储等计算挑战而普遍存在于经典通信中的一些难题。 其中包括：

• 使用 QKD（量子密钥分发）创建用于加密安全数据传输的私钥来提高安全性
• 改进医疗保健-在药物开发的分子设计和分析中，量子计算机可以模拟经典计算机无法模拟的分子特性
• 借助新的量子互联网，在无物理接触的情况下，实现不同位置之间的信息传送
• 对天气和气候变暖等复杂自然过程进行建模和模拟
• 加快机器学习的速度

创建量子网络
与经典计算机不同，量子计算使用叠加、纠缠、干涉和不确定性等量子特性来实现确定性结果。 量子比特是量子信息的基本计量单位，它被承载或封装在芯片或处理器等物理设备中，是量子计算的基石。增加可控量子态的量子比特数可以增加计算潜力。 量子比特的增加十分困难，因为它们对噪声等环境因素非常敏感，这意味着它们的容错能力非常低。 增加量子比特会使噪声倍增。

要实现量子计算的规模化和商业化，需要建立量子网络。通过将多个量子处理器连接在一起，放大单个量子处理器的能力，量子网络可以提供强大而安全的云量子服务器。但我们要如何打造量子网络呢？

大多数量子通信协议的关键要求是成功的分发。要实现多对多网络化量子通信，需要一种能够分配纠缠单光子的新型交换机。 

全光交换机的作用
在量子互联网建立之前，为大型稳定系统提供量子位并进行长距离传输（可能使用具有量子纠错功能的量子多路复用）的许多方法之一，是通过传统 DWDM 通信网络发送基于光子的量子位，以分发量子纠缠并将量子信息路由到多个节点。

但是，其中仍然存在一些难题。 随着传输距离的增加，光子损耗呈指数级增加，成为量子传输的最大障碍之一。 我们还看到，纠缠会随着相位退相干而退化或破坏，这使得量子通信变得困难，而且，在进行多点通信时，分布式同步也是一个问题。 

利用全光交换机 (OOO) 的功能，可将一根光纤上的整个光信号选择性地切换到另一根光纤上。传统的光-电-光 (OEO) 交换机难以保持量子相干性，光放大器除了放大信号外，还会放大噪声，使其不太适合用于量子传输。 全光交换机无需像 OEO 交换机那样信号再生，具有更高的可能性实现更长的传输距离并保持量子相干性。因此，与传统 OEO 交换机相比，全光交换机具有独特的价值主张，可通过透明的全光交换机核心传输原始输入的光信号，而无需将其转换为电信号。 全光交换机的透明特性使其不受协议、信号格式和数据速率的限制。

随着数据速率的提高，全光交换机比以往任何时候都更加重要。世界上一些领先的量子研究小组正在使用 POLATIS 全光交换机进行前沿的量子网络研究。