我国量子通信技术取得重大突破 可扩展量子中继实现从理论到应用跨越

量子网络作为未来信息技术的战略制高点,其核心在于实现远距离的量子信息传输。

然而,光纤传输中的信号衰减问题一直是制约量子通信实用化的关键瓶颈。

相比经典光纤通信可通过中继器放大信号,量子信息因其不可克隆原理而无法直接放大,这使得量子中继技术成为解决远距离量子网络的必然选择。

中国科大研究团队此次突破的核心在于解决了一个困扰国际学界近30年的根本性难题。

在量子中继的实现过程中,纠缠态的寿命远短于产生新纠缠所需的时间,导致相邻纠缠难以在规定时间内确定性产生,从而无法实现纠缠的有效连接和级联扩展。

这一技术瓶颈严重制约了量子中继的可扩展性,使得大规模量子网络的构建陷入困境。

针对这一核心难题,研究团队采取了系统性的技术方案。

通过发展长寿命囚禁离子量子存储器,团队成功将量子纠缠的寿命延长至550毫秒,首次超过纠缠建立所需的450毫秒时间窗口。

同时,团队开发了高效率的离子—光子通信接口和高保真度单光子纠缠协议,实现了长寿命量子纠缠的稳定存储和可靠传输。

这一突破使得可扩展量子中继的基本模块得以实现,为远距离量子网络的构建奠定了坚实基础。

在此基础上,研究团队进一步在城域尺度光纤链路上实现了器件无关量子密钥分发的突破。

在11公里光纤链路中,团队完成了基于有限数据量的安全性分析与严格证明,传输距离相比以往最好结果提升约3000倍。

更为重要的是,团队在100公里光纤链路中演示了密钥生成的可行性,传输距离较国际此前最好实验水平提升两个数量级以上。

这一进展表明,器件无关量子密钥分发技术正在从实验室走向实际应用阶段。

从技术指标看,研究团队在最长达100公里的光纤链路上实现了两个铷原子间的远距离高保真纠缠,原子节点间远程纠缠保真度保持在90%以上,显著优于国际同类实验结果。

这些数据充分表明,我国在量子网络领域的技术水平已处于国际领先地位。

这两项成果的发表具有重要的学术和应用价值。

可扩展量子中继的实现,使得基于量子纠缠的光纤量子网络从理论构想逐步走向现实可能,为构建覆盖更广地域的量子网络提供了技术支撑。

器件无关量子密钥分发传输距离的突破,则进一步推进了该技术的实用化进程,为未来的量子通信网络部署创造了条件。

值得注意的是,这一突破是我国在量子通信与量子网络领域继"墨子号"量子卫星之后取得的又一里程碑式成果。

从卫星量子通信到光纤量子网络,我国正在构建天地一体化的量子通信体系,进一步扩大了在该领域的国际领先优势。

量子网络的竞争,既是前沿科学的突破之争,也是工程体系能力与产业协同水平的综合较量。

面向未来,唯有坚持以关键瓶颈为牵引、以系统集成为抓手,在“能连得上、连得稳、用得起、用得好”上持续攻坚,才能让量子通信从实验室走进更广阔的现实场景,为国家信息安全与新型基础设施建设提供更坚实的技术支撑。