中国科学家取得新突破 实现14.5公里远距离物质纠缠

据媒体报道，中国科学技术大学科研团队在安徽省合肥市成功建成“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。这一成果有望成为未来量子网络的根本性技术路线。

量子中继是构建未来量子互联网的关键技术。由于量子信号在光纤中传输时会随距离增加而快速衰减，科学家通过量子中继将长距离信道分解为多段短程链路，分段建立物质纠缠态后再连接，从而克服光纤信道中的指数级损耗。

此前，量子中继协议主要分为单光子干涉和双光子干涉两类。单光子干涉仅需在中间站探测到一个光子，速率较高，但对信道相位抖动敏感，保真度受限。

双光子干涉则需要同时探测到一对光子，保真度高但速率较低。速率与保真度之间的权衡，成为制约量子中继性能与应用的根本矛盾。

为解决这一两难困境，中国科大郭光灿院士团队的李传锋、周宗权、黄运锋等人原创性地提出了基于时间测量的多模式量子中继方案。

该方案不再要求一对光子同时到达中间站点，而是允许它们“一先一后”到达，通过精确测量时间差来预报纠缠，并借助多模式量子存储实现任意延时纠缠光子的按需读取。

这一方案成功融合了单光子干涉的高速率与双光子干涉的高保真度优势，实现了高速率、高保真的纠缠分发，并能直接兼容现有的光纤网络基础设施。

团队在合肥市建成的“星汉二号”多模式量子中继网络，其纠缠保真度达到78.6%，两个量子存储器之间的直线距离为14.5公里。《自然·光子学》审稿人评价指出，该方案解决了量子中继协议中长期存在的速率与保真度矛盾难题，其纠缠分发速率超过此前城域量子中继方案上百倍。

李传锋教授介绍，这一成果实现了迄今公开报道中最远距离的物质纠缠，标志着团队此前发布的“星汉一号”多模式量子中继已从实验室原理验证，推进到城市网络环境中的应用展示，充分彰显了多模式复用技术作为未来量子网络根本性技术路线的潜力。