中国科学家建成“星汉二号”量子中继网络，实现 14.5 公里远距离物质纠缠

5 月 7 日消息，据新华社从中国科学技术大学获悉，该校郭光灿院士团队李传锋、周宗权、黄运锋等研究人员在安徽省合肥市成功建成“星汉二号”多模式量子中继网络，在相距 14.5 公里的两个量子存储器之间实现了物质纠缠。该成果于今日在线发表于国际学术期刊《自然 · 光子学》（Nature Photonics）。

据IT之家了解，量子中继技术被视为构建未来量子互联网的关键技术。由于量子态在光纤传输过程中呈指数级衰减，远距离通信面临巨大挑战。量子中继技术通过将长距离链路拆分为多个短距离区段，在各段之间建立纠缠态并逐步连接，以降低光纤传输中的损耗问题。

长期以来，量子中继主要依赖单光子干涉和双光子干涉两种方案。前者具有较高传输速率，但容易受到信道相位波动影响，难以保证纠缠质量；后者则能实现更高保真度，却因为需要同时探测一对光子而导致速率偏低。如何兼顾高速率与高保真度，一直是量子中继研究中的核心难题。

针对上述困境，该团队提出了一种基于时间测量的多模式量子中继方案。该方法不再要求两个光子同时抵达中继节点，而是允许其以不同时间到达，再通过精确测量时间差实现纠缠预报，并结合多模式量子存储技术，实现延时纠缠光子的按需读取。这一方案兼具单光子干涉的高速率优势与双光子干涉的高保真度特点，同时能够适配现有光纤通信基础设施。

在实际验证中，团队于合肥搭建了“星汉二号”多模式量子中继网络，系统纠缠保真度达到 78.6%，两个量子存储器之间的直线距离达到 14.5 公里。论文审稿人认为，该方案有效破解了量子中继领域长期存在的“速率 — 保真度”矛盾，其纠缠分发效率相比此前城域量子中继系统提升超过百倍。

李传锋介绍，此次成果实现了目前公开报道中最远距离的物质纠缠，也意味着此前“星汉一号”多模式量子中继实验，已从实验室阶段迈向城市网络环境下的应用验证。研究团队认为，多模式复用技术未来有望成为量子网络建设的重要基础路线。