#我国科学家可扩展量子网络研究获重大突破# 近日，合肥国家实验室/中国科学技术大学潘建伟及其同事在可扩展量子网络研究方面取得重大突破。汪野、万雍、张强、潘建伟等与济南量子技术研究院、中国科学院上海微系统与信息技术研究所、香港大学、清华大学等的研究人员合作，在国际上首次构建出可扩展量子中继的基本模块，使得远距离量子网络成为现实可能。与此同时，包小辉、徐飞虎、张强、潘建伟等与济南量子技术研究院、新加坡国立大学、加拿大滑铁卢大学等的研究人员合作，实现了单原子节点间的远距离高保真纠缠，并在此基础上首次将器件无关量子密钥分发（DI-QKD）的传输距离突破百公里，极大推进了该技术的实用化进程。两项成果分别于北京时间2月3日和6日发表于国际权威学术期刊《自然》和《科学》。

传统的通信技术通过放大器来增强信号，从而克服了这一问题。然而，这一解决方法在安全性更高的量子通信领域却无法实现：放大器会破坏光子的量子态。而且，由于量子态的“不可克隆性”，未知量子态光子所携带的信息也无法被复制。

量子中继方案的提出原理上解决了这一问题。其基本思想为将一个远距离的量子信道分为较短的若干子信道；在每个子信道进行量子纠缠分发，并结合量子存储确定性产生子信道两端间的量子纠缠态；之后利用量子纠缠交换技术连接每段子信道，并利用纠缠纯化技术提升纠缠品质，最终实现在整个远距离信道首尾两端高效地建立量子纠缠；利用此异地纠缠即可开展量子通讯方案，如量子密钥分发、量子态隐形传输、分布式量子计算等。

基于长寿命囚禁离子量子存储器、高效率离子-光子通信接口及高保真度单光子纠缠协议，中国科大团队在10 km光纤链路上成功实现了两个钙离子存储器之间的确定性纠缠，其纠缠存储时间及相干时间（约550 ms）均大于纠缠平均建立时间（约450 ms），从根本上满足了量子中继对多级纠缠交换和纠缠纯化的物理要求，为可扩展量子网络提供了关键技术支撑。

基于相似的可扩展量子中继技术，中国科大团队成功实现了单个铷原子之间的远距离高保真纠缠。在最长 100 km 光纤链路上，原子节点间的远程纠缠保真度仍保持在 90% 以上，显著优于国际同类实验结果。在此基础上，团队首次在城域尺度光纤链路上实现了设备无关量子密钥分发：在 11 km 光纤链路中完成了基于有限数据量的安全性分析与严格证明，传输距离较此前最佳结果提升约3000 倍；在 100 km 光纤链路中演示了密钥生成的可行性，传输距离较国际先前实验水平提升两个数量级以上。

上述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，标志着基于量子纠缠的光纤量子网络正在从理论构想走向现实可能，进一步扩大了我国在该领域的国际领先优势。