面向可扩展量子网络的量子中继器构建模块
量子物理
2026-02-10 v1 原子物理
光学
摘要
量子网络集成了量子通信、量子测距和分布式量子计算，可能提供安全高效的信息传输、高分辨率测距以及信息处理的指数级速度提升。确定性地在长距离上传播纠缠是可扩展量子网络的前提，使其能够利用设备独立量子密钥分发 (DI-QKD) 和量子远程信使实现安全高效的信息传输。然而，光纤中的指数级光子损耗阻碍了高效确定性纠缠分发。量子中继器，集成纠缠交换和纠缠纯化的量子存储器，为光纤基量子网络克服这一限制提供了最具前景的方案。尽管已有众多 pioneering 努力致力于实现量子中继器，但仍存在一个关键瓶颈：遥远的存储器-存储器纠缠在建立和纯化长距离后比更快地受到退相干。我们通过开发长寿命 trapped-ion 存储器、高效 telecom 接口和高可见度单光子纠缠协议来克服这一挑战。这使我们能够在平均建立相同距离纠缠的时间内建立和维持存储器-存储器纠缠。作为直接应用，我们演示了 metropolitan scale DI-QKD，从 4.05*10^5 对 10 km 距离上的 Bell 对中提取出 1,917 个密钥。我们进一步报告了在渐进极限下 101 km 距离上保持正密钥率，将可实现距离提高了两个数量级以上。我们的工作为量子中继器提供了关键构建模块，并标志着可扩展量子网络的重要一步。
引用
@article{arxiv.2602.08472,
title = {A building block of quantum repeaters for scalable quantum networks},
author = {Wen-Zhao Liu and Ya-Bin Zhou and Jiu-Peng Chen and Bin Wang and Ao Teng and Xiao-Wen Han and Guang-Cheng Liu and Zhi-Jiong Zhang and Yi Yang and Feng-Guang Liu and ChaoHui Xue and Bo-Wen Yang and Jin Yang and Chao Zeng and Du-Ruo Pan and Ming-Yang Zheng and Xing-Jian Zhang and Cao Shen and Yi-Zheng Zhen and You Xiao and Hao Li and Li-Xing You and XiongFeng Ma and Qi Zhao and Feihu Xu and Ye Wang and Yong Wan and Qiang Zhang and Jian-Wei Pan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.08472},
year = {2026}
}
备注
Accepted for publication in Nature (https://doi.org/10.1038/s41586-026-10177-4). This is the original submitted version