1. 量子网络纠缠路由与资源调度导论
量子网络不是把经典互联网简单“量子化”，它的核心资源是纠缠。两个节点之间一旦建立纠缠对，就获得了一条可用于分发密钥、远程态制备或分布式量子计算的量子信道；但纠缠极其脆弱，会因退相干、测量消耗和链路噪声而失效。因此，量子网络要解决的根本问题不是“把包送到哪里”，而是在什么时刻、用哪条路径、消耗多少纠缠资源，把端到端纠缠成功建立起来。纠缠路由负责选路，资源调度负责在时间、波长、存储和纠缠纯度之间做分配，二者共同决定网络吞吐与保真度。
课程要解决的核心问题
本课程围绕四个层层递进的问题展开。第一，纠缠如何跨越不可直接相连的节点：通过纠缠交换（entanglement swapping）把 A–B 与 B–C 两段纠缠合并为 A–C 纠缠，中间节点 B 执行贝尔基测量并消耗本地纠缠。第二，路径如何选：候选路径的端到端成功概率是各段成功率的乘积，跳数越多成功率指数下降，但单跳距离越短、保真度往往越高，于是存在“少跳低质量”与“多跳高质量”的权衡。第三，资源如何分配：每条链路的纠缠对生成速率有限，量子存储的相干时间有限，多个请求竞争同一链路时，谁先占用、占用多久、失败后是否重试，都需要调度策略。第四，如何评价好坏：不能只看成功率，还要看端到端保真度、时延、资源利用率和公平性。
技术栈全景
从下到上，量子网络的技术栈可分为五层。物理层包括光纤/自由空间信道、量子光源、单光子探测器与量子存储；链路层负责在相邻节点间生成并维持纠缠，典型指标是纠缠生成速率与保真度；网络层即纠缠路由，决定端到端路径与交换顺序；资源层负责纠缠对、存储时间片和波长的调度；应用层则是 QKD、分布式量子计算和量子传感等。理解这套栈的关键，是看清上层策略受下层物理参数约束：如果单跳保真度只有 0.9，那么经过 5 跳交换后保真度会显著下降，路由算法就必须优先选择短路径或引入纠缠纯化。
学习路径与关键参数
建议按“物理直觉 → 单链路 → 多跳路由 → 资源调度 → 综合优化”的顺序推进。入门阶段先掌握三个基础量：单跳纠缠生成概率 p、单跳保真度 F、量子存储相干时间 T₂。以一条 3 跳路径为例，若每跳生成概率为 0.8、保真度为 0.95，则端到端成功概率约为 0.8³≈0.51，而保真度会因交换操作和存储等待进一步下降。这个简单估算说明：跳数增加会同时惩罚成功率和保真度，因此路由不能只追求最短跳数，还要考虑每跳质量。
进入路由阶段后，需要理解两类算法：一类是静态最短路，按跳数或乘积成功率选路，实现简单但无法适应链路波动；另一类是动态路由，根据实时纠缠生成速率、存储占用和请求优先级调整路径。调度阶段则要处理“先来先服务”“最短剩余时间优先”“按保真度门限过滤”等策略的取舍。实际系统中，路由与调度往往联合优化：选路时预估资源可用性，调度时为高优先级请求预留纠缠对。