量子信息科学的重要目标之一，是构建高效、安全的量子网络，为信息安全、分布式计算与精密测量等应用提供底层支撑。实现这个目标的核心基础于远距离、确定性量子纠缠分发。借助量子纠缠，可通过量子密钥分发增强经典通信的安全能力，也可通过量子隐形传态为量子计算机与用户之间的量子信息交互提供关键通道。然而，从实验室走向可扩展的网络化应用，仍需跨越传输损耗与节点连接两道关口。 问题在于，光纤传输存在固有损耗，导致量子信号随距离增长呈指数衰减，纠缠分发效率快速下降。距离越远，直接传输越难以维持稳定的纠缠质量与成功率，这成为远距离量子网络的突出瓶颈。业界普遍认为，若缺乏新的网络结构与关键器件，量子通信能力将难以从“点对点”扩展到“可组网、可扩展”的网络形态。 原因在于，量子中继被视为应对光纤损耗的有效思路：通过在多个节点分段建立纠缠并进行连接，可将远距离纠缠分发的效率大幅提升。理论上，在光纤中实现约1000公里的纠缠分发，相较直接传输效率可获得极大提升。但实现可扩展量子中继的关键限制长期存在：以往量子纠缠的寿命往往远短于建立纠缠所需时间，导致纠缠尚未“等到”连接操作完成就已退相干，纠缠连接难以有效进行，网络扩展因此受阻。这一矛盾实质上是“存得住”与“建得快”之间的矛盾，既要求长寿命量子存储，也要求高效率的量子接口与高保真纠缠产生协议协同发力。 针对上述难题，中科大潘建伟、汪野、包小辉、张强、万雍等人联合多位业内专家，围绕量子存储、离子—光子接口及纠缠制备协议等环节开展系统攻关。研究团队发展长寿命囚禁离子量子存储器，提升离子—光子通信接口效率，并实现高保真度单光子纠缠协议，首次实现“纠缠寿命显著超过纠缠建立所需时间”的关键能力，从而构建出可扩展量子中继的基本模块。该模块意味着纠缠可以在网络节点上被更可靠地保存与调度，使纠缠连接从“难以完成”转向“可工程化实现”，为远距离量子网络的构建提供了可扩展的技术路径。 影响体现在两个层面：一上，该进展为构建跨城乃至跨区域量子网络奠定关键模块基础，使远距离量子纠缠分发从原理验证深入走向可扩展实现；另一方面，研究团队可扩展量子中继技术基础上，实现两个铷原子之间的远距离高保真纠缠，并进一步将器件无关量子密钥分发的传输距离首次突破百公里。器件无关量子密钥分发强调在更少依赖器件可信假设的条件下保障安全性，被视为提升量子通信安全等级的重要方向。此次距离突破较国际此前最好实验水平实现跨越式提升，显著推进该技术向实用化迈进。 对策层面，从科研到应用仍需“基础器件—网络架构—工程实现”三位一体推进。其一，持续提升量子存储寿命与接口效率，降低系统噪声与不确定性，形成更稳定的链路与更高的纠缠建立速率；其二，围绕量子中继节点的标准化与模块化开展工程设计，推动多节点链路的协同控制与长时间稳定运行；其三，面向实际部署需求，统筹考虑光纤资源、站点条件、环境扰动以及运维成本等因素，推动实验平台与现网条件对接验证，为规模化组网积累数据与经验。 前景判断上，随着可扩展量子中继模块的建立，量子网络从“单链路演示”向“可扩展组网”演进的技术路线更为清晰。下一阶段，如何在更长距离、更复杂网络拓扑中实现稳定纠缠分发与高保真连接，如何提升链路吞吐与系统鲁棒性，如何在安全通信、分布式量子计算与高精度时间频率传递等场景形成可复制的解决方案，将成为持续攻关重点。涉及的成果同时发表于《自然》和《科学》，显示该方向在国际前沿竞争中具有重要分量，也为我国在量子信息领域持续保持创新优势提供了新的支撑点。
此次突破不仅解决了长期存在的技术难题，更为量子网络从实验室走向实际应用铺平了道路。随着技术的更完善，量子网络有望在国防安全、金融通信等领域发挥重要作用，为国家战略竞争力提升做出贡献。