量子网络被视为未来信息基础设施的重要方向，其关键于实现远距离、可验证且可扩展的量子纠缠分发。然而——光纤传输存在固有损耗——量子信号会随距离增加而指数衰减，使得远距离纠缠难以稳定建立。要将“点对点实验”升级为可扩展网络，必须依赖量子中继技术，将长距离链路拆分为多段，再通过纠缠交换逐步延伸。但长期以来，量子中继面临的核心矛盾是：纠缠存储时间通常短于建立纠缠所需的时间，系统难以持续等待成功事件的发生，从而限制了规模化组网的可行性。 制约量子中继发展的瓶颈主要集中在三个上：一是量子存储器的相干时间不足，导致纠缠等待过程中容易退相干；二是物质量子比特与光子之间的接口效率较低，降低了有效事件率；三是纠缠制备与测量过程中的噪声会拉低保真度，影响后续纠缠交换的可靠性。这些因素叠加使得量子中继虽然在理论上可行，但在实验中难以突破“可扩展”的门槛。 中国科学技术大学潘建伟院士团队及其合作者针对上述瓶颈取得了系统性突破。他们通过发展长寿命囚禁离子量子存储器、高效率离子—光子通信接口以及高保真单光子纠缠方案，首次实现了“纠缠寿命长于建立时间”的关键条件——纠缠寿命达到550毫秒，超过了建立纠缠所需的450毫秒，从而构建出可扩展量子中继的基本模块。对应的成果于北京时间2月3日发表于《自然》。这个进展意味着量子中继不再局限于“偶然成功、难以累积”的状态，为串联多节点、实现分段扩展奠定了工程化基础。 在此基础上，团队深入将可扩展量子中继的思路应用于原子节点量子网络：成功实现两个铷原子之间的远距离纠缠，并在长达100公里的光纤链路上保持了90%以上的纠缠保真度。这为构建基于“物质节点—光纤链路”架构的城域乃至更大尺度量子网络提供了关键支撑。同时，研究团队还在城域光纤链路上完成了设备无关量子密钥分发的实验验证：在11公里链路中进行了基于有限数据量的安全性分析与严格证明，并在100公里链路中演示了密钥生成的可行性。这一成果将该方向的演示距离提升至百公里量级，相比此前国际最好水平实现了数量级的进步。相关研究于北京时间2月6日发表于《科学》。 从技术路线来看，这若干突破反映了“存储—接口—协议”协同优化的系统工程思维：利用长寿命存储器解决等待时间问题，通过高效率接口提升有效事件率，并借助高保真协议抑制噪声、保障纠缠质量。下一步研究仍需在器件稳定性、链路环境适应性、节点并行化与网络控制策略各上持续攻关，同时推动关键器件的标准化与可重复部署，提升实验室成果向实际网络场景迁移的能力。应用层面，需与现有光纤通信基础设施及城域网络运维体系协同设计，形成可落地的示范网络与测试标准。 业内普遍认为，量子网络的竞争焦点正从单点指标转向“可扩展、可验证、可运行”的系统能力。此次突破在可扩展量子中继与设备无关安全通信上实现了关键跨越，标志着基于纠缠的光纤量子网络从理论方案进一步迈向工程可行。结合我国此前在“墨子号”量子卫星等领域的积累，未来有望在“天地一体”量子通信、跨城域网络互联以及更高等级安全通信验证等上形成新的增长点，并推动精密测量和基础物理检验等领域的交叉发展。
从“墨子号”卫星实现星地链路到如今攻克地面网络扩展难题，中国科学家在量子通信领域持续领先。此次突破不仅验证了理论预言的可行性，更展现了将前沿基础研究转化为工程实践的系统能力。在全球数字基础设施加速升级的背景下，自主创新突破技术天花板的意义已超越学术范畴，正在为国家新质生产力的发展注入关键动能。