中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)在量子通信領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)里程碑式突破，成功構(gòu)建長(zhǎng)壽命遠(yuǎn)程離子糾纏系統(tǒng)，并完成百公里級(jí)設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。相關(guān)成果發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》，為全球量子網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供了關(guān)鍵技術(shù)路徑。該研究通過創(chuàng)新量子中繼技術(shù)，將糾纏分發(fā)距離從米級(jí)提升至百公里量級(jí)，解決了量子安全通信規(guī)模化應(yīng)用的核心瓶頸。

量子網(wǎng)絡(luò)作為下一代信息基礎(chǔ)設(shè)施，需融合量子通信、精密測(cè)量與分布式計(jì)算三大技術(shù)體系。但傳統(tǒng)光纖傳輸中，光子損耗隨距離指數(shù)增長(zhǎng)，導(dǎo)致糾纏分發(fā)效率急劇下降。研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新采用"分段糾纏+中繼存儲(chǔ)"架構(gòu)，通過量子中繼器實(shí)現(xiàn)糾纏的逐段建立與存儲(chǔ)，有效突破傳輸距離限制。實(shí)驗(yàn)中，兩個(gè)相距10公里的節(jié)點(diǎn)通過卷繞光纖建立穩(wěn)定糾纏，糾纏持續(xù)時(shí)間首次超過平均建立時(shí)間，解決了退相干速度快于糾纏生成速度的世界性難題。

在技術(shù)實(shí)現(xiàn)層面，團(tuán)隊(duì)開發(fā)出三項(xiàng)核心突破：高相干性囚禁離子存儲(chǔ)器將糾纏壽命提升至毫秒級(jí)；新型電信波段接口使離子-光子耦合效率突破60%；高可見度單光子協(xié)議確保糾纏分發(fā)可靠性。這些創(chuàng)新使系統(tǒng)在10公里距離實(shí)現(xiàn)有限長(zhǎng)安全密鑰分發(fā)，更在101公里距離達(dá)成正密鑰率傳輸，較國(guó)際最好水平提升兩個(gè)數(shù)量級(jí)。實(shí)驗(yàn)采用的離子-光子混合系統(tǒng)，既保留了離子存儲(chǔ)器的長(zhǎng)壽命優(yōu)勢(shì)，又通過光子中繼實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離傳輸，為量子網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提供了全新范式。

設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)被視為量子安全通信的終極形態(tài)，其安全性基于量子力學(xué)基本原理，無需對(duì)設(shè)備進(jìn)行安全假設(shè)。此前該技術(shù)僅能在實(shí)驗(yàn)室短距離（米級(jí)）實(shí)現(xiàn)，中科大團(tuán)隊(duì)通過量子中繼技術(shù)將其拓展至百公里級(jí)，為金融、政務(wù)等高安全需求領(lǐng)域提供了可行方案。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明，該系統(tǒng)可抵御所有已知量子攻擊手段，為城域量子安全通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

這項(xiàng)突破具有多重戰(zhàn)略價(jià)值：在基礎(chǔ)研究層面，驗(yàn)證了量子中繼理論的可行性；在技術(shù)應(yīng)用層面，推動(dòng)量子密鑰分發(fā)從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵱没辉诰W(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層面，標(biāo)志著量子中繼器進(jìn)入工程化階段。研究團(tuán)隊(duì)正在優(yōu)化離子阱結(jié)構(gòu)、開發(fā)集成化光電模塊，計(jì)劃3-5年內(nèi)實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)量子中繼演示，最終推動(dòng)量子網(wǎng)絡(luò)全球覆蓋。該成果鞏固了我國(guó)在量子通信領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先地位，為參與量子互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)制定贏得先機(jī)。

DOI: 10.1038/s41586-026-10177-4