中国科学技术大学最新Nature论文

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

量子网络通过整合量子通信、量子计量和分布式量子计算，有望实现安全高效的信息传输、高分辨率传感以及指数级提升的信息处理速度。实现可扩展量子网络的前提是实现长距离确定性纠缠分发。然而，光纤中光子损耗随距离呈指数增长的特性，阻碍了高效确定性纠缠分发的实现。

量子中继器（Quantum repeater）结合了纠缠交换、纠缠纯化与量子存储技术，为突破光纤量子网络的这一局限提供了最有前景的解决方案。

2026 年 2 月 2 日，中国科学技术大学潘建伟院士、张强教授、万雍教授和汪野研究员作为共同通讯作者，在国际顶尖学术期刊Nature上发表了题为：Long-lived remote ion-ion entanglement for scalable quantum repeaters 的研究论文。

该研究首次实现了长寿命的远程离子-离子纠缠，其持续时间超过了纠缠建立的时间，进一步完成了长距离设备无关量子密钥分发的原理性演示。这项研究为量子中继器提供了一个关键的构建模块，标志着向可扩展量子网络迈出了重要一步。

构建可扩展的量子网络，有望实现安全高效的信息传输、高分辨率传感以及指数级提升的信息处理速度。要想实现这一目标，必须先实现长距离的确定性纠缠分发（即稳定、可靠地建立远程量子纠缠）。

然而，光信号在光纤中传输时会随距离呈指数级衰减，且量子态非常脆弱，容易因环境干扰而“退相干”（失去量子特性）。这使得在远程量子存储器之间建立纠缠的速度，赶不上它们退相干的速度。

为了突破上述难题，研究团队使用了量子中继器技术，它结合了纠缠交换、纠缠纯化和量子存储器，是解决光纤损耗和退相干问题最有前景的方案。

在这项最新研究中，研究团队在两个通过 10 公里光纤连接的节点间，实现了存储器-存储器纠缠，并且其持续时间超过了建立纠缠所需的平均时间。这是一个关键里程碑，意味着纠缠能够稳定存在足够长的时间来进行后续操作。

研究团队通过开发长寿命囚禁离子存储器、高效电信波段接口及高可见度单光子纠缠方案，成功实现了 10 公里盘绕光纤连接的节点间存储器-存储器纠缠，其持续时间超过平均纠缠建立时间。

这一突破是通过三项技术进步实现的——

• 长寿命囚禁离子存储器，能更长久地保持量子态；

• 高效电信波段接口（使量子信息能高效地在存储器（离子）和传输介质（光纤）间转换；

• 高可见度单光子纠缠协议，提高了建立纠缠的效率和可靠性。

作为应用验证，研究团队完成了原理性器件无关量子密钥分发演示：在 10 公里距离完成有限长效应分析，在渐近极限下实现 101 公里距离的正密钥率。这两个距离指标均比以往研究提升两个数量级以上。这项研究成果为量子中继器提供了关键构建模块，标志着可扩展量子网络发展迈出重要一步。

总的来说，这项研究就像是为未来的“量子互联网”修通了一条更长的“主干道”，它成功解决了量子信息在长途传输中“建得没坏得快”的核心难题，首次在实用距离上让远程量子存储器间的纠缠能够稳定维持，并验证了其在超安全通信中的巨大潜力，大大推进了此类技术的可行距离。

论文链接：

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