在量子信息科学的赛道上,中国科研团队再次交出一份令国际学界瞩目的成绩单。8月11日,中国科学技术大学潘建伟、包小辉、张强团队与济南量子技术研究院、中国科学院上海微系统与信息技术研究所等机构携手合作，宣布成功实现了跨越420公里光纤的两个冷原子量子存储器间量子纠缠，并首次在230公里以上的传输距离突破了无中继量子纠缠直接分发的理论极限。
这项成果以编辑推荐的形式发表于国际权威学术期刊《物理评论快报》,标志着构建城际尺度量子网络这一宏大目标,正在从理论构想逐步迈向工程实现。
从50公里到420公里:六年磨一剑的技术攀登
元股证券:ygzq.hk量子存储器间的远距离纠缠,被业界普遍视为构建未来量子互联网不可绕过的技术基石,其潜在应用价值覆盖基于量子中继的远程量子通信、分布式量子计算以及分布式量子传感等多个前沿方向。而中国科大团队在这一赛道上的探索,并非一日之功,而是历经了长达六年的持续积累与技术迭代。
早在2020年,该团队便已成功实现经由50公里光纤连接的双节点量子存储器间纠缠,这一成果当时便已发表于《自然》杂志。以此为技术基础,团队于2024年在合肥市成功构建了国际首个城域三节点量子存储网络,首次将量子存储网络的概念从实验室原型推向了城市级的实际部署。
进入2026年后,团队的技术攻关节奏明显加快——年内先是实现了百公里级别的高保真双节点纠缠以及器件无关量子密码分发,紧接着便在此次公布的最新成果中,将纠缠传输距离一举提升至420公里,创下这一技术路线下的世界纪录。
突破的关键:波长切换与"双波长三频"相位锁定
要理解此次420公里纠缠突破背后的技术含金量,需要回到量子存储器间远距离纠缠所面临的核心瓶颈——纠缠成功率与信道传输损耗之间的矛盾。研究团队多年来持续深耕基于单光子干涉的纠缠连接技术路线,并先后攻克了长光纤相位锁定、独立激光器远程相位同步以及高效率低噪声量子频率转换等一系列技术难题。而要将纠缠距离进一步推升至数百公里量级,团队还必须在降低信道传输损耗与提升单光子相位锁定长期稳定性这两大方向上取得实质性突破。
在此次实验中,研究团队采取了两项关键性的技术革新。其一是将量子存储器的工作波长由传统的795纳米切换至780纳米,并同步更换了量子频率转换方案,使经过转换后的信号光子能够精准匹配光纤传输中损耗最低的超低损耗窗口,从而大幅降低了信号在超长距离传输过程中的能量损耗。
其二则是在单光子锁相技术层面,团队创新性地发展出一套结合全时锁相与分时锁相的"双波长三频"相位锁定技术方案,极大提升了在超长光纤传输条件下,光子相位锁定所需的长期稳定性——这一点对于确保光子干涉信号在数百公里级别传输后依然清晰可辨,具有决定性意义。
正是依托这两项核心技术的协同突破,团队在不同长度的光纤链路条件下系统性地开展了双节点纠缠实验研究。实验结果显示,即便传输距离延伸至420公里,来自两个独立冷原子量子存储器所出射的光子,依然能够保持稳定的单光子干涉现象,团队据此直接验证了两个存储器之间量子纠缠态的成功建立。
突破理论极限:为何"绕道而行"反而事半功倍
北京证券股票配资除了纠缠距离本身实现的跨越式提升之外,此次实验在纠缠分发成功率方面所取得的理论性突破,同样值得深入关注。按照传统的直接纠缠分发方式,其整体成功率与整条信道的传输效率成正比关系,这意味着传输距离越长,信号损耗越大,纠缠分发的成功概率便会呈指数级急剧下滑。
而此次实验所采用的单光子干涉纠缠连接方案,巧妙地将纠缠成功概率转变为仅与"一半信道"的传输效率成正比,这种设计思路实质上相当于把原本一段完整的超长传输链路,拆分为两段各自更短、损耗更低的子链路分别处理,再通过中间节点完成干涉与纠缠连接。正是凭借这一设计逻辑上的巧妙"绕道",该实验成功在230公里以上的传输距离范围内,突破了此前被视为无中继量子纠缠直接分发所无法逾越的理论极限,展现出显著的技术优越性。
通往城际量子网络的关键一步
这一成果的战略意义,并不仅仅停留在实验室纪录的刷新层面。业内普遍认为,此次实现的420公里冷原子量子存储器纠缠及其相关配套技术,已经使得构建真正意义上的城际尺度量子网络,并在此基础上开展一系列前沿应用研究,从理论上的可能性转变为工程上具备现实可行性的目标。
有分析指出，随着量子硬件技术在全球范围内面临日益复杂的国际竞争与技术封锁态势，中国科研团队选择在量子存储与量子中继这一硬核技术领域持续深耕，正是希望能够在下一代量子互联网基础设施的国际竞赛中，抢先占据关键的技术制高点。可以预见，随着相关核心技术的进一步成熟与工程化落地分红派息，一张真正覆盖城际乃至更大范围的量子通信网络，或许将不再是遥不可及的科学幻想。
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