中國科學技術大學最新Nature論文

編輯丨王多魚

排版丨水成文

量子網絡通過整合量子通信、量子計量和分布式量子計算，有望實現安全高效的信息傳輸、高分辨率傳感以及指數級提升的信息處理速度。實現可擴展量子網絡的前提是實現長距離確定性糾纏分發。然而，光纖中光子損耗隨距離呈指數增長的特性，阻礙了高效確定性糾纏分發的實現。

量子中繼器（Quantum repeater）結合了糾纏交換、糾纏純化與量子存儲技術，為突破光纖量子網絡的這一局限提供了最有前景的解決方案。

2026 年 2 月 2 日，中國科學技術大學潘建偉院士、張強教授、萬雍教授和汪野研究員作為共同通訊作者，在國際頂尖學術期刊Nature上發表了題為：Long-lived remote ion-ion entanglement for scalable quantum repeaters 的研究論文。

該研究首次實現了長壽命的遠程離子-離子糾纏，其持續時間超過了糾纏建立的時間，進一步完成了長距離設備無關量子密鑰分發的原理性演示。這項研究為量子中繼器提供了一個關鍵的構建模塊，標志著向可擴展量子網絡邁出了重要一步。

構建可擴展的量子網絡，有望實現安全高效的信息傳輸、高分辨率傳感以及指數級提升的信息處理速度。要想實現這一目標，必須先實現長距離的確定性糾纏分發（即穩定、可靠地建立遠程量子糾纏）。

然而，光信號在光纖中傳輸時會隨距離呈指數級衰減，且量子態非常脆弱，容易因環境干擾而“退相干”（失去量子特性）。這使得在遠程量子存儲器之間建立糾纏的速度，趕不上它們退相干的速度。

為了突破上述難題，研究團隊使用了量子中繼器技術，它結合了糾纏交換、糾纏純化和量子存儲器，是解決光纖損耗和退相干問題最有前景的方案。

在這項最新研究中，研究團隊在兩個通過 10 公里光纖連接的節點間，實現了存儲器-存儲器糾纏，并且其持續時間超過了建立糾纏所需的平均時間。這是一個關鍵里程碑，意味著糾纏能夠穩定存在足夠長的時間來進行后續操作。

研究團隊通過開發長壽命囚禁離子存儲器、高效電信波段接口及高可見度單光子糾纏方案，成功實現了 10 公里盤繞光纖連接的節點間存儲器-存儲器糾纏，其持續時間超過平均糾纏建立時間。

這一突破是通過三項技術進步實現的——

• 長壽命囚禁離子存儲器，能更長久地保持量子態；

• 高效電信波段接口（使量子信息能高效地在存儲器（離子）和傳輸介質（光纖）間轉換；

• 高可見度單光子糾纏協議，提高了建立糾纏的效率和可靠性。

作為應用驗證，研究團隊完成了原理性器件無關量子密鑰分發演示：在 10 公里距離完成有限長效應分析，在漸近極限下實現 101 公里距離的正密鑰率。這兩個距離指標均比以往研究提升兩個數量級以上。這項研究成果為量子中繼器提供了關鍵構建模塊，標志著可擴展量子網絡發展邁出重要一步。

總的來說，這項研究就像是為未來的“量子互聯網”修通了一條更長的“主干道”，它成功解決了量子信息在長途傳輸中“建得沒壞得快”的核心難題，首次在實用距離上讓遠程量子存儲器間的糾纏能夠穩定維持，并驗證了其在超安全通信中的巨大潛力，大大推進了此類技術的可行距離。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10177-4