量子信息科学的目标之一,是建设高效、安全的量子网络,使信息能够被更高精度地感知、更可靠地传输,并在更强算力条件下实现更快处理。
然而,量子网络从实验室走向工程应用,长期卡在一个“基础但尖锐”的难题上:量子态在光纤等信道中传输时不可避免衰减,距离越长,量子纠缠和有效信号越难维持,传统方式难以支撑大范围、可扩展的量子互联。
问题的本质在于量子信息的脆弱性。
与经典通信可以通过放大、再生等手段补偿损耗不同,量子态不能被简单复制或放大,否则会破坏其核心特性,导致安全性与可靠性同时下降。
这使得“远距离确定性量子纠缠分发”成为构建量子网络的关键门槛:只有在远距离节点之间稳定建立纠缠,才能进一步实现跨域连接、密钥生成以及未来更复杂的分布式量子任务。
为绕开“越远越弱”的物理限制,国际学界提出量子中继思路,即在长距离链路上设置多个节点,先在相邻节点间建立纠缠,再将各段纠缠逐级连接,最终实现遥远两端的纠缠共享。
概念清晰,但真正落地并不容易:纠缠连接需要等待相邻链路纠缠生成成功,而量子存储若寿命不足,纠缠可能在“等到下一段准备好”之前就已消失,导致整体效率大幅下降。
也就是说,量子中继能否可扩展,关键取决于能否实现“长寿命纠缠”以及在其存活窗口内完成有效连接。
据中国科学技术大学发布信息,潘建伟院士团队近期在该方向取得突破:在国际上首次实现可扩展量子中继的基本模块,通过实现长寿命量子纠缠并在其有效时间内完成相邻纠缠的产生与连接,为量子中继从原理验证迈向可扩展架构提供了关键支点。
相关成果分别于3日、6日发表在《自然》和《科学》期刊。
业内普遍认为,这一进展的意义不仅在于单项指标提升,更在于打通了量子网络“从点到链、从链到网”的关键工程路径,为后续扩展节点数量、提升覆盖范围与稳定性奠定基础。
在安全通信领域,团队同步实现了器件无关量子密钥分发(DI-QKD)传输距离的显著跃升。
量子密钥分发被视为量子通信安全性的核心环节,而器件无关方案更强调“以物理规律替代设备可信假设”:即便量子器件存在缺陷甚至不可信,只要满足相应的量子关联检验,生成的密钥依然可证明安全。
这种方案在提升安全边界的同时,对纠缠质量、噪声控制和系统稳定性提出更高要求,导致此前国际公开报道的传输距离多停留在几百米量级。
此次我国科研团队依托量子中继关键技术突破,实现原子节点间远距离高保真纠缠,并在此基础上首次将器件无关量子密钥分发的传输距离推进至百公里量级,标志着高安全等级量子通信从“可实现”向“可远距”迈出实质性一步。
影响层面看,这两项进展共同指向量子网络体系的核心能力建设:一方面,可扩展量子中继模块有望成为未来大范围量子网络的基础单元,缓解长距离传输受限问题;另一方面,器件无关量子密钥分发距离的提升,为构建更高安全门槛的量子保密通信提供了更现实的应用前景。
随着数字化、网络化、智能化进程加速,关键信息基础设施对高等级安全的需求持续攀升,量子通信在特定场景下的战略价值将进一步凸显。
对策层面,量子网络走向规模化仍需多维度协同推进。
一是继续完善量子中继模块的可工程化能力,在可靠性、稳定性、成本与维护体系方面开展系统验证;二是推进量子存储、纠缠源、单光子探测等关键器件与系统的国产化与标准化,形成可复制、可部署的技术路线;三是加强与现有光纤网络基础设施的融合验证,探索量子链路与经典网络的协同运行机制,提升部署可行性与实际效率;四是面向应用需求,建立从基础研究到试验示范再到产业转化的连续支持体系,使科研突破能够更快形成可用能力。
前景判断上,量子网络的发展节奏将呈现“基础模块成熟—区域试验网络扩展—跨域互联成网”的阶段性特征。
潘建伟院士表示,若未来10至15年通用量子计算机取得实质进展,结合量子中继基本模块与器件无关量子密钥分发等技术,有望将量子计算资源连接成网络,使量子互联网从概念走向现实。
多位业内人士认为,这一路径既需要持续的原创性突破,也需要长期、稳定的工程化投入与跨学科协作;其潜在影响不止于通信安全,还可能推动精密测量、分布式计算等方向的系统性变革。
量子通信关键技术的突破,不仅彰显了我国在量子科技领域的创新实力,更预示着信息技术即将迎来新的发展纪元。
在数字化浪潮席卷全球的今天,掌握量子通信核心技术对于保障国家信息安全、抢占科技竞争制高点具有深远意义。
这项研究成果为我国在新一轮科技革命中赢得战略主动提供了重要支撑,也为人类探索物质世界奥秘开辟了全新路径。