中国科大实现基于单光子源的多中继量子网络架构

　　中国迷信技能年夜学潘建伟、陈腾云、陆向阳等与清华年夜学马雄峰互助，基于团队自立研制的高质量单光子源，正在国际上初次冲破此前量子收集限于单个中继节点的技能瓶颈，胜利构建出包括多个量子中继节点的可扩大收集架构。这一进展为量子收集从 “单节点毗连” 向 “多节点组网” 的逾越奠基要害根蒂根基，使更庞大的多层量子收集构建成为可能。这也充实揭示了模块化设计的矫捷性与旌旗灯号传输的高效性，为将来年夜范围量子收集的降地供给了松软支撑。相干结果已于 2025 年 8 月 26 日颁发正在国际学术期刊《天然·物理》（Nature Physics）上。

　　量子收集是量子信息迷信的焦点研究标的目的之一，其方针是毗连各种量子体系，为将来量子计较、量子暗码学及量子计量学等范畴供给要害根蒂根基举措措施。以后，量子收集的完成仍较多依赖经典中继节点——这种节点无奈间接传输量子信息，仅能将量子信息转换为经典数据举行处置惩罚，是以收集保险性需依赖中心节点的本身保险性。相比之下，无需庞大量子操作或设备的量子中继（Quantum Relay）哄骗量子叠加与量子纠缠特征可完成量子信息的保险高效传输，其焦点上风正在于收集的保险性彻底自力于中继节点自身，即便节点为“不成信节点”，收集的保险性也能获得保证，这可年夜幅升高节点的保险性安排与保护本钱。怎样将量子收集扩大至包括多个量子中继节点，同时统筹扩大效率、保险性与靠得住性，是推进量子收集成长的要害应战之一。

　　针对这一问题，研究团队提出并试验完成了全新的五节点量子收集架构：正在传统三节点收集根蒂根基上，将团队此前研制的高机能量子点单光子源 [Nature Photonics 19, 387 (2025)] 作为焦点中继单位，与双侧的干预干与丈量节点协同事情，配合组成三个量子中继节点（如图 1 所示）。经由过程优化单光子源与相关光的强度配等到探测时间窗，团队将干预干与可见度晋升至 90%，确保该五节点收集架构能经由过程干预干与丈量波动、高效地通报量子信息。这一设计不只晋升了收集的保险性与矫捷性，还具有模块化扩大后劲 —— 可撑持构建三层星型收集等庞大拓扑布局，同时能普及单链路信噪比；此外，基于半导体芯片的量子点中继节点作为不成信节点应用，年夜幅升高了收集安排本钱，加强了现实使用中的顺应性，为年夜范围量子收集的降地供给了可行方案。

　　图1 五节点收集布局示用意。外侧Alice以及Bob为用户节点， M_A与M_B为丈量节点，N_S为单光子节点，各节点间以光纤链接，此中，M_A、M_B与N_S为量子中继节点。

　　为验证该收集布局的功用，研究团队采纳相位婚配量子密钥分发和谈，正在总长 300 千米的光纤链路中胜利完成了密钥的保险分发。这一成果不只证明了该架构正在长间隔量子通讯场景中的可行性，也体现了单光子源作为量子中继焦点单位的使用后劲，为将来构建笼罩规模更广、保险性更高、矫捷性更强的量子收集奠基了根蒂根基。

　　该研究事情获得了科技部、国度天然迷信基金委、中国迷信院、安徽省、上海市以及新基石迷信基金会等的撑持。邹密，何玉明，黄溢智，赵军一为文章的配合第一作者。

　　论文链接：https://www.nature.com/articles/s41567-025-03005-5