2026年2月,一条科技突破消息席卷各大平台,点燃亿万民众的民族自豪感与科技热望。
我国科学家团队低调完成一项具有里程碑意义的攻关任务——全球首套具备工程化部署能力的可扩展量子网络中继单元正式建成并完成全链路验证,标志着我国在量子通信基础设施建设领域已稳居世界最前沿位置。
这份沉甸甸的成果背后,是数百名科研工作者十余载寒暑不辍的潜心钻研与持续攻坚。
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必须直面一个根本性挑战:为何构建长距离量子网络如此艰难?光子作为信息载体的确理想——传输速率逼近光速、单光子即可编码海量信息,但它也有难以逾越的短板:极度敏感。
当它在标准通信光纤中穿行时,能量损耗呈指数级加剧。实测表明,一束初始强度稳定的单光子信号,在常规光纤中仅需传播100至150公里,其探测概率便骤降至百万分之一以下,近乎完全湮灭。
传统通信采用的“光电-电光”中继方式在此彻底失效——那是一种将光信号先转换为电信号、经电子放大后再转回光信号的成熟路径。
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可在量子体系中,这种操作无异于毁灭性干预。任何对量子态的测量、复制或放大行为,都会瞬间破坏其核心特征——量子纠缠与叠加态,使信息载体失去不可克隆性与非局域关联性。
因此,过去二十年间,量子通信始终被物理边界牢牢框定在百公里量级的实验室或城域范围之内。设想从深圳向乌鲁木齐同步分发一组安全密钥?技术上长期被视为不可逾越的鸿沟。
潘建伟院士领衔的联合攻关组所实现的突破,本质上是一场精密的“量子接力”,他们绕开了经典中继逻辑,开创性地构建出一套基于固态原子平台的量子中继架构。
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其底层机制依托“纠缠交换协议”:不再强求单个光子横跨千里,而是沿链路布设多个中继节点,前段光子抵达后即被高保真捕获并暂存于量子存储器中;待后段光子同步到达,系统自动触发双光子间的贝尔态测量,从而将远端两段独立纠缠关系“桥接”为端到端长程纠缠。
原理看似清晰,落地却如攀登绝壁。数十年来,国际学界普遍受困于量子存储器的“瞬时记忆”缺陷——多数方案仅能维持相干态几十微秒,最优纪录亦徘徊在纳秒至百微秒区间。
信号尚未完成路由调度,存储单元早已退相干失活,导致纠缠无法有效链接,多节点级联更成空谈,两节点稳定连接已是重大进展,遑论广域组网。
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今年1月,这一技术瓶颈被中国科研力量一举击穿。想象这样一幅实验图景:在100公里标准G.652光纤构成的真实信道中,研究团队通过自主研制的高效率离子-光子耦合接口,结合双通道铷原子气室协同操控技术,成功将光子量子态的存储寿命推升至550毫秒。
这绝非单纯数值的跃进,而是系统性能的颠覆性重构。实测数据证实,相较于点对点直连光纤传输,该中继系统的密钥生成率提升达1017倍(即一亿亿倍)。
请注意,这是人类信息科学史上极为罕见的指数级效能跨越,已远超常规意义上的“优化升级”,实为物理实现范式的代际更迭。
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由此推演,只要模块化设计成熟,理论上可通过无限堆叠此类中继单元,构建覆盖全球任意经纬度的量子通信骨干网。
若说传输效率的爆发令学术界为之沸腾,那么其内嵌的绝对安全机制,则足以引发全球信息安全格局的深层震颤。
当前主流网络安全体系,本质建立在数学复杂度之上——无论是RSA还是ECC加密,其安全性均依赖于大数分解或离散对数问题在经典计算模型下的难解性。
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但算力演进永无止境,随着超算集群持续迭代及通用量子计算机雏形初现,现有公钥体系在未来十年内或将面临系统性破解风险,今日坚不可摧的“数字堡垒”,明日或成透明玻璃屋。
而此次实现的“器件无关型量子密钥分发”(DI-QKD),则将安全根基深植于自然法则之中。
其核心保障来自两条不可撼动的量子物理公理:“海森堡不确定性原理”与“量子态不可克隆定理”。通俗而言,任何第三方试图在信道中途截取或复制量子信号的行为,必然伴随不可避免的测量扰动。
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这就像一封由量子态封印的密函,一旦被非法开启,封印即刻碎裂且不可复原,所有接收方将立即察觉异常——原本应呈现的干涉条纹变为完全随机噪声,警报系统瞬时触发。
攻击者不仅无法获取有效信息,反而会暴露自身存在坐标。这不是算法攻防的此消彼长,而是物理定律对窃听行为的先天否决,正因如此,金融监管机构、国家密码管理局与战略指挥系统均将其列为最高优先级技术储备。
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试想未来某日,跨境银团贷款清算、国家级应急指令下达、关键基础设施控制指令等核心业务,全部运行于这张遵循物理守恒律的“零信任网络”之上,“监听”“中间人攻击”“密钥窃取”等术语将永久退出现实威胁词典。
尤为关键的是,这并非悬浮于理论真空中的构想。随着地面可扩展中继模块完成闭环验证,叠加已在轨稳定运行逾六年的“墨子号”量子科学实验卫星,一张融合天地双维信道的量子互联网原型网络已然轮廓清晰。
地面层依托城市间光纤中继网实现高密度区域覆盖,空间层借助低轨量子卫星完成跨洲际链路贯通,这张新型信息基座正加速从概念验证迈向规模部署。让我们把时间拨回1998年。
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彼时,潘建伟尚在奥地利因斯布鲁克大学开展博士后研究,首次在实验中实现了四光子纠缠态制备与纠缠交换演示。在当时国际主流观点中,量子通信仍被视作基础物理的思辨延伸,距离实际工程应用遥不可及。
谁曾料想,短短二十六年间风云激荡,美、欧、日等主要科技力量纷纷投入巨资竞逐该赛道,各方心照不宣:率先建成全球量子网络者,将实质掌控下一代信息基础设施的“根认证权”与“协议定义权”,进而主导未来数字经济的话语体系。
这场角逐早已超越学科边界,上升为关乎国家技术主权的战略高地。但现实极具张力——当欧美团队仍在冷原子阱、囚禁离子、金刚石氮空位中心等不同技术路线间反复权衡,甚至为突破毫秒级存储极限而组织跨国联合攻关时,中国科研团队已将功能完备、接口标准化的工程化中继模块交付测试现场。
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从技术引进的追随者,到标准共建的同行者,再到如今系统定义的引领者,这场静默却惊雷般的跨越,没有喧嚣宣言,只有实验室彻夜不熄的灯光与仪器屏幕上跳动的稳定波形。2026年初冬,当斯特拉斯堡某实验室为将存储时间从380微秒提升至410微秒举行内部庆贺时,中国科研人员已在长三角枢纽节点启动首批中继模块的批量封装与压力测试,目标直指京沪干线与粤港澳大湾区地下光缆网络的规模化嵌入。
这正是“全链条自主可控”的真实重量——无需仰赖外部供应链,不必担忧关键技术断供,从核心光子晶体腔体的设计、超高真空铷原子气室的加工,到纠缠源驱动电路的FPGA代码编写,再到每毫秒级参数校准的物理标定流程,全部由本土科研力量独立完成。
科技突破往往如同在无窗密室中手洗一件浸透油污的工装,你无法预判洁净时刻,只能依靠经验与信念反复揉搓、漂洗、晾晒。直到某天穹顶灯亮,你才惊觉手中托举的,是一件足以改写行业史册的科技重器。
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550毫秒,在人类生理感知中不过一次呼吸的间隙,但在飞秒量级的量子世界里,这已是足以支撑数十次完整纠缠操作的时间富余。这额外争取的100毫秒,不只是时间维度的延展,更是空间疆域的实质性拓荒。
它让曾经只存在于干涉仪暗纹中的幽微量子纠缠,挣脱了“瞬时幻影”的宿命,蜕变为可精准捕获、稳定保持、工业级调度的信息基本单元。
当我们习惯用“量子优势”“技术竞赛”等术语描述这场变革时,往往忽略了其内在的诗意本质:两个相隔百公里的光子,在人类构筑的精密腔体中,跨越真空与光纤的阻隔,达成超越经典关联的神秘共振;而我们,终于亲手锻造出承载这种宇宙级默契的可靠容器。
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这或许是浩瀚自然馈赠给人类文明的一枚密钥,也是对那些在冷门领域默默耕耘三十载的探索者,最庄重也最深情的礼赞。此刻,钥匙已插入锁孔,门轴正在转动——门后的全新纪元,已然呼之欲出。
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