我国量子通信技术实现百公里级突破 为构建量子互联网奠定基础

问题:量子信息科学被视为新一轮科技革命和产业变革的重要方向,其目标之一是构建高效、安全的量子网络,实现高精度感知、安全传输与高效计算的协同。

但从实验室走向广域应用,量子网络面临一个长期制约:量子信号在光纤中随距离快速衰减,远距离量子纠缠难以稳定、确定性分发,网络规模难以扩展,安全通信距离也因此受到明显限制。

原因:与经典通信可以通过放大器对信号进行中继不同,量子态不能被“复制放大”,这使得远距离传输无法沿用传统方式弥补衰减。

要把相距很远的节点连接起来,需要在多个站点之间先建立相邻纠缠,再将各段纠缠通过“纠缠交换”等方式连接,实现跨越更长距离的纠缠分发。

这一思路被称为量子中继。

其难点在于:各段纠缠的生成具有随机性,若纠缠存活时间短,等待相邻链路成功建立时先前的纠缠可能已经衰退,从而导致纠缠连接效率低、可扩展性不足。

影响:针对上述瓶颈,该团队在量子中继方向取得关键突破,首次实现可扩展量子中继的基本模块。

其核心在于实现长寿命量子纠缠,使已生成的纠缠能够在更长时间尺度内保持可用,从而在“存活窗口”内等待并完成与相邻链路纠缠的有效生成与连接。

该进展意味着量子中继从概念验证走向模块化、可扩展的工程路径,为远距离确定性纠缠分发提供了更可靠的技术支撑,也为构建大尺度量子网络奠定关键底座。

对策:量子通信安全性的核心是密钥分发。

传统量子密钥分发依赖对设备的可信假设,而器件无关量子密钥分发则在更严格的安全框架下工作:即便量子器件存在缺陷甚至不可信,仍可在物理原理保障下生成安全密钥,因此被认为是迈向更高等级安全通信的重要方向。

但该方案对高质量纠缠、低噪声以及整体链路稳定性要求极高,国际上此前可实现的传输距离通常停留在较短量级。

此次研究依托量子中继技术进展,实现原子节点间远距离高保真纠缠,并据此首次将器件无关量子密钥分发的传输距离提升至百公里量级,显著拓展了该方案从近距离演示走向实用化验证的边界。

前景:业内普遍认为,量子网络的形成不会一蹴而就,可能经历从城域试验网、跨城骨干链路到广域互联的逐步推进过程。

可扩展量子中继模块的实现,有望提升网络扩展效率,为未来通过更多中继节点实现更长距离、更稳定的纠缠分发提供可复制的技术单元;器件无关量子密钥分发距离跃升,则为高等级安全通信的落地验证打开新的空间。

随着关键器件性能提升、系统集成和工程可靠性持续增强,量子网络在金融、政务、能源、电力调度等对安全性要求较高的场景中有望率先形成示范应用,同时也将为面向未来的量子互联网探索积累数据与标准化经验。

量子科技的发展代表了人类科技进步的新高度。

中国科学技术大学团队在量子中继和器件无关量子密钥分发领域的突破,不仅是基础研究的重要进展,更是我国科技自主创新能力的生动体现。

这些成果表明,通过持续的科技投入和人才培养,我国完全有能力在前沿科技领域实现从跟跑到领跑的转变。

展望未来,随着量子网络技术的不断完善,量子互联网的构建将逐步从愿景变为现实,为人类社会的信息安全和科技进步提供新的动力。