量子网络实用化的步子给迈大了

最近中国科学技术大学的潘建伟教授带着团队成员包小辉和刘乃乐,在量子中继技术上搞出了一个大动作。这事儿直接把量子网络实用化的步子给迈大了。量子信息科学那可是未来信息科技变革的排头兵,梦想着把高效又安全的全球量子网给建起来。这网络融合了测量、通信还有计算,能让咱们对信息的感知和处理能力来个大翻身。不过要想弄这东西,得先搞定远距离的量子纠缠分发,这是基础中的基础。有了纠缠,不光能让密码分发绝对安全,未来连电脑都能靠它隐形传送(量子隐形传态)。 但理想很丰满,现实很骨感。在光纤里直接传信号损耗太厉害,信号强度随距离指数衰减。算下来,一对纠缠光子跑上千公里还能被收到的几率几乎为零,这就成了建大规模网络的硬伤。为了破这个局,科学家们想出了“量子中继”这招,跟传统通讯的放大器类似,把长路切成小段,先在相邻节点建纠缠,再用交换把这些小段连起来。这法子能把效率提几十个数量级,是目前公认的广域网路子。 自从有了这个概念,大家都在琢磨怎么搞出“可扩展”的中继器——也就是能把好多个模块稳定地连在一起。这里面最难的是让纠缠的存活时间比建立纠缠的时间还要长,这样才有窗口操作。经过长时间的死磕,中国科大这帮人终于拿下了这块硬骨头。他们搞了三项核心技术:把囚禁离子的寿命延长到了550毫秒、离子跟光子纠缠的接口效率高、单光子纠缠制备测量的保真度也不差。 靠着这些硬货,他们搭起了可扩展量子中继的基本模块。实验结果显示,纠缠能活550毫秒,比建立它所需的450毫秒还长一大截。这就意味着好几个这样的模块能被确定性地连上扩展距离。有了这个基础模块,团队又搞出了两个离得很远的铷原子节点间的高质量纠缠,并且在超过百公里的光纤链路上验证了“器件无关量子密钥分发”(DI-QKD)的原理。 DI-QKD可是密码学里最安全的协议之一。哪怕设备里有未知漏洞,只要能观测到特定条件下的纠缠现象,密钥的绝对安全就能从物理原理上得到保障,不用去费劲标定复杂的设备。以前国际上做这个实验顶多能做到百米级的距离,这回咱们直接把安全传输距离推到了百公里级,比国际最好水平高出了两个数量级。 这项成果不光是我国量子科技自主创新能力的体现,也是全球竞赛中的一个重要里程碑。它把量子中继从概念变成了能用的模块,还为超高安全等级的通信找到了新路子。从之前的“墨子号”搞星地链路到现在地面核心模块突破,咱们科学家正一步步把“量子互联网”的蓝图变成技术现实。以后随着模块性能提升和集成度优化,这项技术有望和现有的光纤网结合起来,为国家和全球的信息安全基础设施打下坚实基础。