近日，北京量子信息科学研究院（以下简称“量子院”）量子直接通信团队与清华大学合作，基于安全中继网络，创新性地设计了量子通信网络层协议与架构，实现了网络数据的高效安全传输。2025年2月20日，研究成果以“Quantum Communication Network Routing with Circuit and Packet Switching Strategies”为题在线发表于《IEEE Journal on Selected Areas in Communications》。

量子网络是量子技术的重要发展方向之一，信息论安全性的量子直接通信（QSDC）网络正是其中的典型代表。要实现量子网络对量子应用的拓展和支撑，离不开网络协议的高效设计与兼容性。然而，由于量子网络构建技术仍在不断发展中，相应协议需要具备与多种技术平台的兼容性，以便实现经典网络向量子网络的平滑过渡。与此同时，构建大型量子网络的高成本问题一直是制约其可持续发展的重要因素。如何最大化地利用有限资源、降低通信成本、提高传输效率，成为全球量子研究的关键挑战之一。

安全中继网络是量子网络发展的重要阶段之一，因其可在现有技术条件下实现，具有里程碑式的意义。在此基础上，研究团队提出了量子安全直接通信网络模型，这项突破性设计提供了一种安全中继器与不可信中继器混合部署的方法，并巧妙结合了测量设备无关方案的优势，大幅提升了通信安全性和网络灵活性。

为了进一步提高量子网络的数据传输效率，团队创新性地提出了量子电路交换策略和分组交换策略。这两种协议确保了信息在网络中的高效、稳定传输，为构建实用化的量子通信网络提供了坚实基础。针对量子网络中的高成本问题，研究团队构建了基于现有光纤网络的混合 QSDC 网络成本模型，并开发了启发式成本优化算法（HCOA），通过仿真验证表明，该算法在资源利用率优化和网络通信成本降低方面表现突出，为实际量子网络的经济部署提供了可行性参考。

该论文的共同第一作者为量子院/清华大学博士生孙泽洲与程元滨；通讯作者为量子院助理研究员潘栋、张飞昊，以及清华大学教授、量子院科研副院长龙桂鲁。合作者还包括清华大学教授阮东。该研究得到了国家自然科学基金、广东省重点领域研发计划、清华大学（北京）未来芯片技术高精尖创新中心、清华大学自主科研计划、低维量子物理国家重点实验室的支持。