記者8日從中國科學技術大學獲悉，該校李傳鋒、周宗權、黃運峰研究團隊建立了“星漢二號”多模式量子中繼網絡，在安徽省合肥市實現了14.5公裡的物質糾纏。相關研究成果7日發表於國際學術期刊《自然·光子學》。

量子中繼是構建未來量子互聯網的關鍵技術。由於量子信號在光纖中傳輸時會快速衰減，科學家通過量子中繼將長距離信道分解為多段短程鏈路，分段建立物質糾纏態后再連接，從而克服光纖信道中的指數級損耗。

此前，量子中繼協議主要分為單光子干涉和雙光子干涉兩類。單光子干涉僅需在中間站探測到一個光子，速率較高，但對信道相位抖動敏感，保真度受限﹔而雙光子干涉需同時探測到一對光子，保真度高但速率低。速率與保真度之間的權衡，成為制約量子中繼性能與應用的根本矛盾。

對此，研究團隊原創性提出了基於時間測量的多模式量子中繼方案。該方案不再要求一對光子同時到達中間站點，而是允許它們“一先一后”到達，通過精確測量其時間差來預報糾纏，並借助多模式量子存儲實現任意延時糾纏光子的按需讀取。方案成功結合了單光子干涉的高速率和雙光子干涉的高保真度優勢，實現了支持高速率、高保真的糾纏分發，並且直接兼容現有光纖網絡基礎設施。

基於此，研究團隊在安徽省合肥市成功建立了“星漢二號”多模式量子中繼網絡，這一系統糾纏保真度達78.6%，兩個量子存儲器的直線距離為14.5公裡，不僅解決了量子中繼協議中長期存在的速率與保真度這一兩難困境，還使其糾纏分發速率超過此前的城域量子中繼上百倍。

“物質糾纏對構建量子網絡、量子存儲和量子計算具有重要意義。”李傳鋒介紹，這一工作實現了迄今為止公開報道中最遠距離的物質糾纏，多模式復用技術有望成為未來量子網絡的根本性技術路線。（記者吳長鋒）