中国科学家实现14.5公里远距离量子纠缠新突破，权威解析技术原理与应用前景

量子通信领域取得关键突破。中国科学技术大学研究团队在合肥成功构建“星汉二号”多模式量子中继网络，实现了14.5公里距离的物质纠缠。该成果为未来量子网络奠定了根本性技术基础，相关研究论文已于5月7日在线发表于国际权威期刊《自然·光子学》。

理解这一突破，需从量子中继的核心作用入手。构建量子互联网的核心挑战在于远距离量子信息传输。量子信号在光纤中传输时存在指数级衰减，距离延长会导致信号严重损耗。量子中继技术通过将长距离信道分割为多个短程链路，分段建立物质纠缠态后再进行级联连接，从而有效克服信道损耗，是实现远距离量子通信的基石。

然而，技术实用化面临固有矛盾。现有量子中继协议主要分为两类：基于单光子干涉的方案传输速率高，仅需探测单个光子即可完成操作，但对信道相位噪声极为敏感，纠缠保真度受限；基于双光子干涉的方案能实现高保真度纠缠，但要求同时探测一对光子，导致信号速率大幅下降。速率与保真度难以兼得的矛盾，长期制约着量子中继系统的性能提升与实际部署。

针对这一瓶颈，中国科学技术大学郭光灿院士团队的科研人员提出了创新解决方案。李传锋、周宗权、黄运锋等人研发了基于时间测量的多模式量子中继新架构。该方案的突破性在于，它不再要求两个光子必须同时到达中继节点，而是允许它们存在时间差。通过精确测量光子到达的时间间隔来预报纠缠事件，并利用多模式量子存储器实现对不同时间到达的光子进行按需读取与同步。

这一设计巧妙融合了单光子方案的高速率与双光子方案的高保真度优势，为高速、高可靠性纠缠分发提供了可行路径。同时，该架构能够无缝兼容现有光纤通信基础设施，显著降低了未来量子网络规模化部署的技术门槛与成本。

“星汉二号”多模式量子中继网络，实现相距14.5公里的物质纠缠。（受访者供图）

基于该方案，团队在合肥实地部署了“星汉二号”多模式量子中继网络。实测数据表明，系统纠缠保真度达到78.6%，两个量子存储器间直线距离为14.5公里。这一成果获得国际学界认可。《自然·光子学》审稿人指出，该工作解决了量子中继领域长期存在的速率-保真度权衡难题，其实现的纠缠分发速率较此前城域量子中继方案提升了两个数量级。

“星汉二号”多模式量子中继艺术示意图。（受访者供图）

团队负责人李传锋教授表示，该工作创造了目前公开报道中最远距离的物质纠缠记录。这标志着团队早期研发的“星汉一号”系统已从实验室原理验证，成功演进至真实城市环境下的网络级演示。该进展充分证明，多模式复用技术是构建可扩展、高性能量子网络的一条根本性技术路线。