实验室里的分光步骤。

　　相隔14.5公里，两个微小的光量子实现了状态的“隔空绑定”。日前，中国科大团队打造的“星汉二号”多模式量子中继网络，在合肥城市光纤中刷新远距离物质量子纠缠世界纪录。

　　这项看似抽象的科学突破，实则解决了困扰全球科学家数十年的难题：让量子信号能真正跨城、跨国接力。这让绝对安全的未来量子通信离现实更近一步。

　　从14.5公里起步

　　未来的目标是“覆盖全球”

　　“我们最终要建设一个覆盖全球的量子互联网。”中国科大物理学院教授、博导周宗权描述着未来量子互联网的样貌，“可能每隔50-100公里就有一个量子中继站，它们具有类似现在经典中继的功能，能够‘接力’传递量子信号。”

　　在合肥，周宗权和团队成员已经给出了一个未来量子互联网的“小样”：在中国科大东区与合肥国家实验室之间，一条光缆如同光量子的“超级跑道”，跨越14.5公里，连接起两头的量子存储器，而光量子就在这条跑道上“狂奔”，完成了迄今为止城市光纤中最远距离的物质量子纠缠。

　　走进位于中国科大东区的中国科学院量子信息重点实验室，光量子、量子纠缠这些抽象的概念变得具象了一些。

　　在这里，有一整条“处理”光的“流水线”：光穿过一排排透镜，打到晶体上产生光子，然后被收集、“打包”、存储，它们有的被放进量子存储器，有的被耦合进光纤，成为量子纠缠的“信使”。而在合肥国家实验室，也有着这样一整套“流水线”。

　　分隔两地的量子存储器就像泉眼，释放出的泉水（即光子）源源不断地流向中继站，最终在中继站被观测到，两端泉眼（量子存储器中的光量子）的状态就会被纠缠起来。整个过程就像两个相距14.5公里的“纠缠骰子”，无需任何连接，一个投掷点数落定，另一个会瞬间呈现对应的点数，隔空同步，不受距离影响。

　　放在量子通信里，这样的量子纠缠是实现真正远距离、无漏洞安全通信的核心前提。量子纠缠可以让两端节点天然“同步”，一旦有人窃听、拦截光子，纠缠状态立刻改变，通信双方瞬间察觉，实现理论上的绝对安全。

　　在国际既有方案之外

　　中国科大造出“第三种方案”

　　“可以把通道中奔跑的光子看成‘信使’，以往国际上的方案，要么是测一端到达的光子，要么是需要两端的光子同时到达，不能有丝毫偏差，才能完成配对。”而不论用哪种方法都是速度和保真度的两难——要快就不够稳，要稳就快不起来。

　　而在中国科大团队的研究下，“第三种方案”横空出世，即时间测量预报的多模式量子中继方案。“有上千个模式，相当于有1000多路‘光子大军’往中间跑，两端的光子即便一先一后到达，也能够完成配对。”

　　曾经国际上要100秒才能完成的量子配对，现在1秒就能完成，较此前国际最优水平提升了100倍！而保真度能够达到78.6%，在国际上首次越过了71%这个量子非局域性检验的界限。这就意味着两地的物质之间存在着跨越空间的非局域量子关联。

　　用了5年让量子纠缠

　　从实验室“跑进”城市光纤

　　把时钟拨回到5年前。

　　2021年，在实验室里，周宗权及团队成员守着相隔3.5米的两台量子存储器，用1小时完成了一次量子纠缠分发。“那是‘星汉一号’，还只是在实验室里做量子纠缠，但成功展现了时分复用技术用于量子中继的原理可行性。”那时让周宗权欣喜若狂的突破，如今在他看来不过尔尔。

　　5年的时间，团队让量子纠缠从中国科大的实验室“跑”了出来，跑进了合肥的城市光缆里。

　　“用的就是我们普通的城市光缆，不用对光纤信道进行苛刻的相位锁定改造。”周宗权解释，这就意味着未来的量子中继可以直接兼容现有的城市光纤，相当于为规模化量子中继清除了“重新铺路”这个难题。

　　如果说以往的量子中继犹如“金枝玉叶”，需要“定制化”的“跑道”，来保证光子传输；“星汉二号”所采用的方案则像个“不挑食”的“平民子弟”，主打一个“好养活”。

　　正是因此，“星汉二号”的多模式复用技术有望成为未来量子网络的根本性技术路线。

　　很多人好奇，攻克量子中继、搭建量子互联网，离普通人的生活有多远？

　　周宗权将未来应用拆分为三大核心方向，覆盖国家安全、科技产业、精准感知：政务、国防等核心领域通过量子互联网传输数据实现“绝对密话”；将全球各地量子计算机联网，形成“超级算力”；可以让全球量子传感器互联，在天文等领域实现更精密的测量。

　　“星汉二号，名字出自曹操的《观沧海》：日月之行，若出其中；星汉灿烂，若出其里。”周宗权平实的语气中暗含着团队共同的雄心壮志，“我们锚定的，就是建立起覆盖全球的量子互联网！”这一壮志并非停留在豪言之上，它已然走进了合肥的城市光缆中，也将跑向更远的远方。

　　合报科学+融媒体工作室

　　合肥晚报-合新闻记者 张玉莲/文 田星星/摄

     信息来源：中安在玫