14.5公里，迄今量子纠缠最远新纪录！

□ 科普时报记者 陈 杰

两个相隔十几公里的物体，也能像双胞胎一样心有灵犀！

中国科学技术大学的科研团队，在安徽省合肥市建成“星汉二号”多模式量子中继网络，让两个量子存储器在相距14.5公里的情况下，实现了稳定的纠缠——这也是迄今为止公开报道中，量子纠缠最远距离的一次！

相关研究成果，5月7日发表于国际期刊《自然·光子学》。

量子信号太过于“娇贵”

要读懂这项突破，先搞懂啥是量子纠缠。

量子世界里，两个微观粒子一旦“纠缠”，无论相隔多远，只要测量其中一个的状态，另一个的状态会瞬间确定。这种“鬼魅般的超距作用”，正是量子通信的核心密码。

只不过，量子信号特别“娇贵”，在光纤里跑着跑着就会衰减甚至消失，就像手机进了深山，没走多远信号就没了。

更麻烦的是，量子信号不能像普通网络信号那样“放大”，因为一放大就会破坏量子状态，导致信号彻底失效。

对此，科学家给出了量子中继的妙招——把长距离拆成多段短距离，像接力赛跑一样，每段建立纠缠后再连接，让量子信号“一段段跑”，完美解决衰减难题。

量子中继，就是量子互联网的“超级路由器”。

传统中继方法有“短板”

在“星汉二号”之前，传统量子中继主要有两种方式，但各有短板——

一种是单光子干涉。它像是一个心急的快递员，只要中间站点收到一个光子信号，就立刻尝试建立连接。这种方式速度很快，但对光纤抖动、温度变化等非常敏感，容易出错。

另一种是双光子干涉。它像是一个谨慎的快递员，必须同时收到一对光子，确认无误后才建立连接。这种方式保真度高，但速度极慢，因为同时到达的概率微乎其微。

也就是说，不论用哪种方法都是两难——要快就不够稳，要稳就快不起来。这也是量子中继长期没能有突破的根本原因所在。

用时间差破解“两难全”

中国科学技术大学科研团队提出基于时间测量的多模式量子中继新方案，成功打破量子中继长期存在的速率与保真度“两难全”困境。

传统量子中继常用的双光子干涉，硬性要求两个光子“同时”到达中间站，就像要求两个人从不同地方出发，必须同时到达某一地点——太难！

新方案允许两个光子“一前一后”到达。只要精确测量它们到达的时间差，就能反推出它们是否曾经是一对“纠缠伙伴”。先到的光子，可以暂时存进“量子存储器”里，等另一个光子的到来，然后再一起完成牵手。

更厉害的是，这个“量子存储器”可以同时记住很多个光子的到达时间，然后按需读取，精准配对。

这项技术突破解决了量子中继速率与保真度矛盾的难题，也有望加速量子互联网、量子保密通信等前沿领域的落地进程。