中國研究人員實現量子記憶糾纏距離達 260 英里，推進量子網絡發展

量子網絡最終可能在城市之間連接計算機和傳感器，但距離仍然是主要的工程挑戰。量子信號在光纖內迅速衰減，使得長距離連接難以維持。中國的研究人員目前展示了一種保持量子系統在更長光纖路由上連接的方法。該設置使用了包含激光冷卻銣原子的兩個量子記憶系統。這一成果可能為工程師提供一個有用的平台，以在大城市以外發展量子網絡。它還解決了一個限制直接量子傳輸的關鍵問題，該問題限制了長光纖連接的可行性。

量子記憶的挑戰與解決方案

量子記憶的修復量子信號在通過光纖時會失去強度。隨著工程師延長網絡節點之間的距離，這一問題變得愈發嚴重。研究人員使用銣原子雲作為量子記憶。這些系統可以存儲量子狀態，而無需強迫信息在整個連接中持續旅行。他們的實驗在 260 英里（420 公里）的光纖上保持了糾纏。這一結果超過了約 199 英里（320 公里）與通過損耗光纖通道的直接傳輸相關的閾值。超過該點，直接傳輸變得愈發不切實際。

量子記憶可以通過將長網絡拆分為較小的部分來提供繞過這一限制的方法。

研究團隊的持續努力

保持這些記憶同步又是一個挑戰。温度變化和機械振動可能幹擾建立糾纏所需的量子效應。研究團隊開發了一個主動穩定系統，以補償這些波動。該系統不斷調整設置，以保持光纖連接中的量子狀態對齊。研究人員還修改了量子記憶的操作波長。這一變化降低了傳輸過程中的信號損失，並有助於保持脆弱的量子連接。

實驗延續了潘建偉及其在中國科學技術大學的同事們數年的工作。該小組於 2020 年展示了在 31 英里（50 公里）光纖上實現量子記憶糾纏。2024 年，研究人員建立了一個三節點的量子網絡。新的距離將這一方法推向更與廣域網絡相關的領域。這也表明，儘管在長光纖連接中存在損失和環境幹擾，量子記憶仍能維持糾纏。量子糾纏在分離系統之間創造了一個共享的量子狀態。科學家們將這一能力視為未來量子通信、量子計算和網絡傳感的基礎。

更大的量子網絡最終可能在城市之間連接量子處理器。這類系統還可以允許分佈式傳感器在更大範圍內協調測量。潘的團隊在量子安全通信方面也取得了進展。今年 2 月，潘領導的另一組人員在超過 62 英里（100 公里）的光纖上傳輸了安全信息。該系統使用了被困在不同網絡節點的單個銣原子。研究人員在《科學》雜誌上報告了這一工作。最新的實驗尚未構成功能性的長距離量子互聯網，但它顯示出量子記憶能夠在對直接光纖傳輸施加嚴重限制的距離上維持糾纏。

該研究於 8 月 11 日發表在《物理評論快報》上。

量子網絡發展的關鍵突破

中國研究人員在量子網絡領域的最新成果顯示，解決長距離量子信號衰減的問題至關重要。透過使用量子記憶和主動穩定系統，他們成功地在260英里的光纖上保持了糾纏，這一成就不僅超越了以往的紀錄，還為未來的量子通信和計算技術鋪平了道路。隨著量子技術的進步，這可能會促進更大規模的量子網絡建設，並推動量子安全通信的發展。