編輯丨王多魚

排版丨水成文

量子網(wǎng)絡(luò)通過整合量子通信、量子計量和分布式量子計算，有望實現(xiàn)安全高效的信息傳輸、高分辨率傳感以及指數(shù)級提升的信息處理速度。實現(xiàn)可擴展量子網(wǎng)絡(luò)的前提是實現(xiàn)長距離確定性糾纏分發(fā)。然而，光纖中光子損耗隨距離呈指數(shù)增長的特性，阻礙了高效確定性糾纏分發(fā)的實現(xiàn)。

量子中繼器（Quantum repeater）結(jié)合了糾纏交換、糾纏純化與量子存儲技術(shù)，為突破光纖量子網(wǎng)絡(luò)的這一局限提供了最有前景的解決方案。

2026 年 2 月 2 日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士、張強教授、萬雍教授和汪野研究員作為共同通訊作者，在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊Nature上發(fā)表了題為：Long-lived remote ion-ion entanglement for scalable quantum repeaters 的研究論文。

該研究首次實現(xiàn)了長壽命的遠程離子-離子糾纏，其持續(xù)時間超過了糾纏建立的時間，進一步完成了長距離設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)的原理性演示。這項研究為量子中繼器提供了一個關(guān)鍵的構(gòu)建模塊，標志著向可擴展量子網(wǎng)絡(luò)邁出了重要一步。

構(gòu)建可擴展的量子網(wǎng)絡(luò)，有望實現(xiàn)安全高效的信息傳輸、高分辨率傳感以及指數(shù)級提升的信息處理速度。要想實現(xiàn)這一目標，必須先實現(xiàn)長距離的確定性糾纏分發(fā)（即穩(wěn)定、可靠地建立遠程量子糾纏）。

然而，光信號在光纖中傳輸時會隨距離呈指數(shù)級衰減，且量子態(tài)非常脆弱，容易因環(huán)境干擾而“退相干”（失去量子特性）。這使得在遠程量子存儲器之間建立糾纏的速度，趕不上它們退相干的速度。

為了突破上述難題，研究團隊使用了量子中繼器技術(shù)，它結(jié)合了糾纏交換、糾纏純化和量子存儲器，是解決光纖損耗和退相干問題最有前景的方案。

在這項最新研究中，研究團隊在兩個通過 10 公里光纖連接的節(jié)點間，實現(xiàn)了存儲器-存儲器糾纏，并且其持續(xù)時間超過了建立糾纏所需的平均時間。這是一個關(guān)鍵里程碑，意味著糾纏能夠穩(wěn)定存在足夠長的時間來進行后續(xù)操作。

研究團隊通過開發(fā)長壽命囚禁離子存儲器、高效電信波段接口及高可見度單光子糾纏方案，成功實現(xiàn)了 10 公里盤繞光纖連接的節(jié)點間存儲器-存儲器糾纏，其持續(xù)時間超過平均糾纏建立時間。

這一突破是通過三項技術(shù)進步實現(xiàn)的——

• 長壽命囚禁離子存儲器，能更長久地保持量子態(tài)；

• 高效電信波段接口（使量子信息能高效地在存儲器（離子）和傳輸介質(zhì)（光纖）間轉(zhuǎn)換；

• 高可見度單光子糾纏協(xié)議，提高了建立糾纏的效率和可靠性。

作為應(yīng)用驗證，研究團隊完成了原理性器件無關(guān)量子密鑰分發(fā)演示：在 10 公里距離完成有限長效應(yīng)分析，在漸近極限下實現(xiàn) 101 公里距離的正密鑰率。這兩個距離指標均比以往研究提升兩個數(shù)量級以上。這項研究成果為量子中繼器提供了關(guān)鍵構(gòu)建模塊，標志著可擴展量子網(wǎng)絡(luò)發(fā)展邁出重要一步。

總的來說，這項研究就像是為未來的“量子互聯(lián)網(wǎng)”修通了一條更長的“主干道”，它成功解決了量子信息在長途傳輸中“建得沒壞得快”的核心難題，首次在實用距離上讓遠程量子存儲器間的糾纏能夠穩(wěn)定維持，并驗證了其在超安全通信中的巨大潛力，大大推進了此類技術(shù)的可行距離。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10177-4