记者2月6日从中国科学技术大学获悉，中科大潘建伟、汪野、包小辉、张强、万雍等人和多位业内专家合作，在可扩展量子网络研究方面取得重大突破：他们在国际上首次构建出可扩展量子中继的基本模块，使远距离量子网络成为现实可能；与此同时，他们实现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的传输距离突破百公里。相关成果2月6日发表于国际学术期刊《自然》和《科学》。
量子信息科学的终极目标是构建高效、安全的量子网络。构建量子网络的基本要素是远距离确定性量子纠缠分发。基于量子纠缠，不仅可通过量子密钥分发实现经典信息的安全传输，还可通过量子隐形传态为量子计算机与用户之间量子信息的交互提供唯一有效途径。
光纤的固有损耗导致量子纠缠的传输效率随距离成指数衰减，是构建可扩展量子网络面临的最大挑战。
量子中继方案是解决光纤传输损耗的有效方案。利用该方案在光纤中进行距离为1000公里的纠缠分发，比直接在光纤中传输的效率将提升100亿亿倍。然而，以往量子纠缠寿命远远短于产生纠缠所需时间，因此无法实现纠缠有效连接，制约了量子中继的可扩展性。
针对这一难题，研究团队通过发展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，首次实现长寿命量子纠缠，纠缠寿命显著超过纠缠建立所需的时间，成功构建可扩展量子中继的基本模块，使远距离量子网络成为可能。
此外，研究团队基于可扩展量子中继技术，实现两个铷原子间的远距离高保真纠缠。在此基础上，他们首次将设备无关量子密钥分发的距离突破百公里，较国际此前最好实验水平提升两个数量级以上，极大推进了该技术的实用化进程。
研究人员表示，上述突破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。
作者：戴威 何曦悦
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