量子網(wǎng)絡(luò)的"接力棒"難題,中國人解決了
2026年開年,全球量子科技圈發(fā)生了一件大事。
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這兩個成果放在一起,意味著困擾量子通信領(lǐng)域十幾年的核心難題,被中國團(tuán)隊(duì)率先攻克了。
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要理解這次突破的分量,得先搞清楚量子通信為什么這么難。
傳統(tǒng)通信靠的是數(shù)學(xué)加密。你發(fā)一條信息,系統(tǒng)用算法把它"鎖"起來,接收方用密鑰"解鎖"。問題在于,只要計(jì)算能力足夠強(qiáng),任何數(shù)學(xué)密碼理論上都能被破解。量子計(jì)算機(jī)一旦成熟,現(xiàn)有的加密體系將形同虛設(shè)。
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量子通信走的是另一條路,它利用量子力學(xué)的基本原理來保密。量子態(tài)有個特性:一旦被測量就會改變。換句話說,如果有人試圖竊聽量子信號,信號本身就會發(fā)生變化,通信雙方立刻就能發(fā)現(xiàn)。這是物理規(guī)律決定的,跟計(jì)算能力無關(guān)。
聽起來很完美,但實(shí)際操作中有個致命短板:量子信號跑不遠(yuǎn)。
光纖傳輸量子信號時,信號會不斷衰減。傳統(tǒng)信號衰減了可以放大,量子信號不行。量子態(tài)一旦被復(fù)制或放大,就會"坍縮",信息直接作廢。這就導(dǎo)致量子通信的有效距離被卡死在幾十公里到一百公里左右。
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怎么解決?科學(xué)家們想到了"中繼"的辦法,在中間設(shè)立節(jié)點(diǎn),讓量子信號像接力賽一樣傳遞下去。但這里面有個技術(shù)深坑:量子中繼需要量子存儲器,用來暫時保存量子態(tài),等待下一段傳輸。問題是,量子態(tài)極其脆弱,存儲時間極短。
過去最好的技術(shù),量子糾纏只能維持400毫秒左右。而建立一次糾纏連接,至少需要450毫秒。時間對不上,接力棒還沒傳出去,信號就已經(jīng)"死"了。
全球科學(xué)家在這個問題上卡了十幾年。
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潘建偉團(tuán)隊(duì)這次的核心突破,是把量子糾纏的存儲時間延長到了550毫秒。
150毫秒的差距,聽起來微乎其微,但在量子世界里,這是質(zhì)的飛躍。因?yàn)檫@意味著量子態(tài)終于能在存儲器里"活"到下一次糾纏建立,接力棒可以順利傳出去了。
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他們用的是"囚禁離子"技術(shù)。簡單說,就是用電磁場把單個離子"關(guān)"在一個極小的空間里,讓它保持量子態(tài)不被外界干擾。這個方向全球都有人在做,但把存儲時間做到足夠長、同時保證高保真度,中國團(tuán)隊(duì)是第一個。
更重要的是,這套系統(tǒng)是可擴(kuò)展的。以前的量子中繼方案,要么只能做點(diǎn)對點(diǎn)傳輸,要么需要極其昂貴的冷卻設(shè)備。中國團(tuán)隊(duì)的方案可以像搭積木一樣,把多個中繼單元串聯(lián)起來,理論上能實(shí)現(xiàn)任意距離的量子通信網(wǎng)絡(luò)。
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另一個關(guān)鍵指標(biāo)是"器件無關(guān)"。傳統(tǒng)量子通信有個隱患:如果通信設(shè)備本身被動了手腳,安全性就無法保證。
中國團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)的百公里級"器件無關(guān)"量子密鑰分發(fā),意味著即便設(shè)備不可信,只要遵循正確的協(xié)議,通信依然是絕對安全的。這套方案的信號損耗,比美國同期最優(yōu)成果低了三分之一。
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量子網(wǎng)絡(luò)這條賽道,全球主要科技力量都在重金投入。
歐盟的"量子旗艦計(jì)劃"砸了10億歐元,美國把量子技術(shù)寫進(jìn)國家戰(zhàn)略,還拉著日本、英國搞聯(lián)盟。日本東芝團(tuán)隊(duì)2025年實(shí)現(xiàn)了253.9公里傳輸,德國團(tuán)隊(duì)也做到了250公里級別。
但這些成果都有明顯局限:要么只能點(diǎn)對點(diǎn)、無法組網(wǎng),要么依賴昂貴設(shè)備、難以大規(guī)模部署。
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美國曾押注"直接遠(yuǎn)距離傳輸"路線,芝加哥大學(xué)2025年宣稱能實(shí)現(xiàn)2000公里級連接,但至今停留在理論階段,工程化落地遙遙無期。歐盟主攻"純糾纏分發(fā)",理論上很優(yōu)雅,但長距離損耗問題始終沒有好的解決方案。
中國選擇的中繼技術(shù)路線,是目前唯一被證明可以大規(guī)模組網(wǎng)的方案。而這次突破,證明這條路走通了。
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值得一提的是技術(shù)自主性。從量子存儲器件到糾纏分發(fā)系統(tǒng),中國團(tuán)隊(duì)用的全是國產(chǎn)設(shè)備。2025年1月,美國出臺新規(guī)限制對華量子科技投資,把本源量子等企業(yè)列入"實(shí)體清單"。
但事實(shí)證明,封鎖并沒有奏效。本源量子自研的"本源悟空"超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī),已經(jīng)向全球133個國家提供算力服務(wù),美國、俄羅斯、日本都是用戶。
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目前一套國際標(biāo)準(zhǔn)的量子中繼單元,造價在幾千萬美元級別。中國團(tuán)隊(duì)通過自主研發(fā),已經(jīng)把成本壓到國際水平的一半左右,但離民用普及還有距離。
現(xiàn)階段,這項(xiàng)技術(shù)首先會用在安全需求最高的領(lǐng)域:國防通信、金融交易、政務(wù)系統(tǒng)。英國匯豐銀行已經(jīng)開始試用量子加密通信。可以預(yù)見,隨著技術(shù)迭代和成本下降,量子安全通信會逐步滲透到更多場景。
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清華大學(xué)龍桂魯團(tuán)隊(duì)造出的量子直接通信系統(tǒng),體積已經(jīng)壓縮到普通電腦機(jī)箱大小。這說明量子通信設(shè)備的小型化、實(shí)用化正在加速。
從更長遠(yuǎn)的角度看,量子網(wǎng)絡(luò)不只是"更安全的通信"。它是未來量子計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施,是量子互聯(lián)網(wǎng)的雛形。誰先把這套基礎(chǔ)設(shè)施建起來,誰就在下一代信息技術(shù)革命中占據(jù)主動。
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量子通信領(lǐng)域的技術(shù)競爭,本質(zhì)上是一場關(guān)于未來信息安全主導(dǎo)權(quán)的爭奪。
過去十幾年,全球各方都在這個領(lǐng)域砸錢,但關(guān)鍵技術(shù)始終沒有實(shí)質(zhì)性突破。中國團(tuán)隊(duì)這次拿出的成果,第一次證明了量子網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模組網(wǎng)的可行性。
這不是簡單的"領(lǐng)先"或"超越",而是在一個全新的技術(shù)領(lǐng)域,率先趟出了一條可行的路。
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從"墨子號"到"九章"量子計(jì)算機(jī),再到這次的可擴(kuò)展量子中繼,中國在量子科技領(lǐng)域的布局已經(jīng)形成了清晰的脈絡(luò)。無論是基礎(chǔ)研究還是工程化能力,都展現(xiàn)出了持續(xù)進(jìn)步的勢頭。
當(dāng)然,量子技術(shù)的競爭遠(yuǎn)未結(jié)束。美國、歐盟、日本都在調(diào)整策略、加大投入。但至少在量子網(wǎng)絡(luò)這個關(guān)鍵方向上,中國已經(jīng)從跟跑變成了領(lǐng)跑。
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這個局面的形成,不是靠運(yùn)氣,是靠持續(xù)二十年的投入和積累。潘建偉團(tuán)隊(duì)從2003年就開始在這個領(lǐng)域深耕,中間經(jīng)歷過無數(shù)次失敗和質(zhì)疑。
如今成果出來了,《自然》《科學(xué)》雙發(fā),技術(shù)指標(biāo)全球領(lǐng)先,設(shè)備完全自主可控。
這才是真正的核心競爭力。
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