陸量子科技研究獲重大突破　「量子網路」走向現實可能

▲量子資訊科學。（圖／翻攝中國科學技術大學）

記者陳冠宇／綜合報導

中國科學技術大學研究團隊在國際上首次構建出可擴展量子中繼的基本模塊，實現了單原子節點間的遠距離高保真糾纏，並在此基礎上首次將器件無關量子密鑰分發（DI-QKD）的傳輸距離突破百公里。這使得「量子網路」越來越可能走向現實世界的應用，兩項成果分別發表於國際期刊《自然》（Nature）和《科學》（Science）。

量子資訊科學的終極發展目標是構建高效、安全的量子網路，而構建這一網路的基本要素是遠距離確定性量子糾纏分發。現實中，光纖的固有損耗成爲構建可擴展量子網路面臨的最大挑戰。

例如，經過1000公里標準光纖直接傳輸後，光訊號將衰減至原始強度的萬億億（10的20次方）分之一，這意味着即使每秒發射100億對糾纏光子，平均每300年才能接收到一對糾纏光子。

量子中繼方案是解決光纖傳輸損耗的有效方案，但其面臨着一項重大技術難題，即糾纏的壽命遠遠短於產生糾纏所需的時間。

針對這一核心難題，位於合肥的中國科學技術大學研究團隊，通過高保真度單光子糾纏協議等，首次實現長壽命量子糾纏，糾纏壽命（550毫秒）顯著超過糾纏建立所需的時間（450毫秒）。

遠距離糾纏分發的一個直接應用是實現現實條件下最高安全等級的量子保密通訊。通過進一步研究，該團隊首次在城域尺度光纖鏈路上實現了設備無關量子密鑰分發，並在100公里光纖鏈路中展示了密鑰生成的可行性，傳輸距離較國際此前最好實驗水準提升兩個數量級以上。

研究人員表示，上述突破標誌着基於量子糾纏的光纖量子網路正在從理論構想走向現實可能。