2026年2月,我国中国科学技术大学的团队“玩”出了一项让全球都知道的科技奇迹,他们想出了在世界量子网络领域目前最为实用的一项发明—可扩展量子网络中继单元,这一事情的出现,为之前困扰量子网络学科研究者们最为主要的一个“功能”—可扩展性—带来了新的解题思路,可扩展性问题的这样一项突破,有着重要讲话权重,在我国,量子通信又出现一处新的高度,在全球的量子科技都要直观多了。

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量子通信是一个技术要求比较高的领域,相关的发展也已经进行了近二十年,从一开始技术的研究到不断延伸的实验验证。很多国家的科学家对量子通信投入了大量的精力。早在10年,美国哈佛大学就首次通过两节点实现量子纠缠分发,但是分发的距离仅为10公里,这是量子通信迈出的重要一步,可惜的是受到技术的局限,这样的装置投入使用仍然有一段距离。直到26年,中国科学技术大学量子网络中继单元的限制被打破,使量子通信短板可拓展。

在量子通信当中,距离问题一直像“达摩克利斯之剑”一样悬在科学家们的头顶上,之前的技术条件下,量子通信在短距离里能表现得不错,可是一过几百公里,性能就会衰减很多。2016年,中国“墨子号”量子科学实验卫星的发射,给星地量子通信打下了稳固的基础,也让中国成为世界上首个做到卫星量子密钥分发的国家,“墨子号”每次过境就能生成百万比特的安全密钥,这使得中国在量子通信领域占据了一席之地,地面光纤通信依旧是全世界研究中碰到的限制性难题,为了克服“腿短”的限制,科学家们一直在寻找更长距离的解决办法。

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这两个重要城市,这是全球第一条大规模量子通信骨干网络,为量子技术的工程化应用打下了基础,但是,由于衰减问题,即便在光纤传输中,量子的纠缠态也难以被很好地保留,量子网络的扩展能力仍然存在严重的问题,而量子中继单元就是为了解决这个问题而设计的,它能够延长量子纠缠的寿命,从而实现远距离低损耗的量子信号传输。

对于世界范围内量子通信的发展,美国、欧盟、日本等国家和地区也在不断增加投入,欧盟的“量子旗舰计划”已经投入超过10亿欧元,美国甚至将量子网络上升为国家战略。虽然各国投入大量资源研发,但都存在“可扩展性”的技术瓶颈。2025年德国和日本曾经突破了250公里的传输距离,但是代价是技术成本的剧增,而且普遍存在只能点对点的缺陷。一些研究团队试图选择直接远距离传输,这种技术路线消耗极大,产业化更是天方夜谭。

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中国科学技术大学团队依靠“可扩展量子网络中继单元”,在技术上已经和别的国家拉开了差距,这个中继单元的突破之处在于量子纠缠的寿命,他们把纠缠态维持的时间延长到550毫秒,之前美国的成果也就是400毫秒,这种看似不大的提升却是量子世界里的巨大跃升,因为中继单元必须在450毫秒之内完成纠缠态的创建,不然之前的尝试就白费了,通过延长存储时间,这样的单元可以达成长距离传输,从而让量子网络的应用范围变得更大。

值得一提的是,力克难关的下方,我们还看到了成本的大量缩减,相比于欧美其他国家,中继单元的总成本也削减了一大半,我们还看到了以微纳卫星形式组合而成的量子通信硬件成本,墨子号的成本,也已经缩减为当初的二十分之一,这也就意味着,在技术碾压欧美等国的同时,商业化变现能力也是相当的强悍,在商业化模块的后边,也是欧美国家难以企及的水平,比如在2026年2月实现了一次从中国到南非超过12900公里距离的星地量子通信,也直到现在刷新所有记录的,都是从他的身上证明,中国已经来到了一个黄金位置,手里紧紧的抓着全世界量子通信领域的头把交椅。

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这个创新背后的技术逻辑是通过“长寿命囚禁离子量子存储器”,让量子纠缠信号的有效期变长,这样信号在传输时就可以“存储等待”,量子信道的波动性就不存在问题,这个技术提升了量子纠缠的可用时间,也为国际间搭建真正可行的高效量子网络提供了基础,中国团队又对“器件无关”的量子通信方式进行了创新,在量子密钥分发的安全性上取得了重要突破,这完全不受设备本身可能存在的风险影响,做到了真正的“可靠”传输。

这并不是某个人得来的成就,也是中国整体科研合作的创新收获,因为从最初的量子存储基础知识,到系统工程化设备落地,大部分的国内顶尖高校都有过大规模协同研发。北京清高校的人研发制造的量子直接通信装置设备,非常小巧,小于一台电脑机箱。这将为后续整个技术实时化得到更多的实用场景。

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不得不提的是,在国际量子科技竞争愈发激烈的情势下,中国展现了独立研发的实力,美国长期以来对中国的量子科技领域实施封锁,阻断供应链,限制技术交流,而中国则采取完全自主创新的方式,突破了封锁与资金限制,而一些欧美国家秉持“科技割裂”的政策,内部对此则提出了质疑,欧盟与美国在一些量子技术基础研究上进行合作,但同时也在积极寻求与中国的联系,以保证实现多边科学技术的共同繁荣。

中国的努力不只局限于学术界,而是正慢慢把理论成果应用到实际当中,在国内,量子通信率先被用在国防,金融这些对安全性要求特别高的领域,放眼未来,随着成本的下降和技术的普及,中国打算把这项技术推广到更多的民用市场,就像医疗,物流甚至家庭通讯,以此来提升普通人的日常生活里信息传输的安全性。

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中国一直都是在国际合作的态度下。面对一场科技竞争希望通过共享和合作,使之成为全球科技发展的共同方案。量子通信的突破是中国科学家智慧的结果,也是一个国家开展国际合作的缩影,展望量子科技的未来既属于一个国家、一个科学家,但更属于每一个可以享受到安全、便利与效率的人类社会。