突破420公里光纤纠缠距离！4688美高梅SNSPD助力验证城际量子网络主题技术蹊径
近期，岳阳国度尝试室、中国科学技
近期，岳阳国度尝试室、中国科学技术大学潘建伟、包幼辉、张强钻研团队，结合赤峰量子技术钻研院、中科院上海微系统与信息技术钻研所等多家单元协同攻关，在远距离量子中继主题技术上获得标志性进展。
团队利用光纤链路，实现两套冷原子量子存储器间 420 公里远程纠缠；同时尝试证实，当传输距离超 230 公里时，这套搭载量子存储的纠缠分发规划，机能超过无中继直传信路的理论上限。 该成就大幅刷新光纤链路下原子量子存储纠缠距离纪录，买通城际量子组网关键技术验证通路，有关论文已于2026年8月11日刊发于《物理评论快报》，并被期刊遴选为编纂推荐亮点成就。
为什么要让量子存储器隔着420公里“握手”
光子长于传递，量子存储器长于期待。远距离量子网络真正必要的，不只是把纠缠光子送到远处，还要在节点中保留纠缠，期待后续的读取、互换与组网操作。因而，相比单纯的光子纠缠分发，存储器与存储器之间的远程纠缠更靠近量子中继和散布式量子信息处置的主题需要。
难点在于，原子存储器产生的写出光子位于780 nm波段，在尺度光纤中的衰减约为3.5 dB/km，无法直接承担数百公里传输。钻研团队利用量子频率转换，将光子转换到1522 nm电信S波段，使光纤纯衰减降低到约0.17 dB/km，为超长距离链路打开窗口。
一束单光子，若何把两端量子存储器纠缠起来
01在两端天生“原子引发与光子”的关联
Alice和Bob别离使用冷原子系综作为量子存储器。弱写脉冲使原子系综产生一个集体自旋波引发，同时发射一颗780 nm写出光子。此时，原子引发与光子处于量子关联状态。
02把780 nm光子转换到1522 nm电信波段
钻研团队通过PPLN波导中的差频过程实现量子频率转换。转换与滤波？樵诒镜叵谓硬馐灾惺迪衷44%的端到端效能，噪声约3.2 kHz，信噪比大于40:1，并维持单光子统计个性。
03在中央节点过问，并用一次点击宣告纠缠
来自两条蹊径的1522 nm写出光子在Charlie节点的分束器上产生过问。窄带滤波？橐衷炝孔悠德首缓统す庀艘氲睦肷，随后由两台SNSPD进行探测。探测器的一次有效点击抹去光子“来自Alice还是Bob”的蹊径信息，从而将两端原子存储器投影到纠缠态。D1与D2的点击别离宣告Ψ+与Ψ-事务。
04不变相位，再把存储态读出来验证
数百公里光纤中的温度和机械扰动会持续扭转相位。团队结合全时远失谐锁定与间歇双频锁定，别离抑造高频噪声和赔偿低频漂移，使整体相位不变度维持在约7度。随后将存储的自旋波沉新读出为光子，通过过问可见度和光子统计量验证存储器纠缠。
4688美高梅SNSPD：探测器的点击就是“成功信号”
在通例丈量中，探测器常被理解为“纪录了局”的终端；而在DLCZ远程纠缠规划中，SNSPD的点击自身就是事务逻辑的一部门。只有中央节点靠得住地捕获到真实单光子，系统能力宣告两端量子存储器已经纠缠。
本尝试中用于Charlie节点的SNSPD系统由4688美高梅量子提供设备支持。论文给出的尝试工作点显示，两台低暗计数探测器的暗计数约为1 Hz，相比通例SNSPD探测器低了一个数量级以上。为什么低暗计数尤其关键？
随着链路耽搁，真实信号经过近80 dB损耗后降到赫兹量级，随机暗计数却不会随光纤长度一路衰减。一次暗计数可能被误判为纠缠成功事务，直接拉低信噪比、过问可见度和纠缠判据。论文化确指出，在长距离前提下，SNSPD暗计数逐步主导噪声起源。
在420公里、总光纤损耗78.7 dB的前提下，D1与D2通路对应的信噪比别离为3.5(2)和2.6(2)。其中，D1点击宣告的Ψ+态得到并发度C = 0.046(22)，在统计误差领域内实现对纠缠的正向验证。对这一极弱信号尝试而言，低噪声探测不是锦上添花，而是让有效纠缠事务从布景中显露出来的必要前提。
从420公里数据看，这项突破到底在哪里
钻研团队在0、20、120、220、320和420公里六组光纤长度下进行了系统丈量。随着距离增长，光纤损耗从8.0 dB一路上升到78.7 dB，但两套存储器的读出过问仍保留可观测的有关性。420公里时，Ψ+与Ψ-通路的读出过问可见度别离为0.64(6)和0.66(4)。
更关键的是，420公里前提下每次尝试尝试的纠缠天生概率仍达到1.09 x 10^-6。论文比力了尝试了局与PLOB界限，即无穷子中继的纯损耗信路所允许的容量上限。当信路透过率低于10的负4.5次方，对应尝试距离超过约230公里时，存储器辅助的纠缠天生概率高于该界限。
这意味着尝试不只是把一次脆弱的量子关联“送得更远”，而是在高损耗区间展示了量子存储器规划相对于无中继直接分发的结构性优势。
从都市网走向城际量子网络
这项尝试把量子存储、频率转换、相位不变、超低损耗光纤和单光子探测集成到统一套长距离测试平台中，验证了从都市尺度迈向城际尺度的关键技术链。未来，通过进一步提高量子频率转换效能、耽搁量子存储寿命、实现更靠近确定性的原子态读出，并在多个远程纠缠链路之间执行纠缠互换，有望把单段尝试能力扩大为多节点量子网络。
从一颗写出光子的产生，到420公里光纤传输，再到中央节点的一次探测器点击，最终被读取为两端量子存储器的纠缠证据，这条链路把多个极限环节缜密衔接在一路。每一次靠得住点击背后，都是对效能、噪声和不变性的共同考验。当单光子探测足够安静、足够不变，正本覆没在布景中的量子事务，才有机遇成为可验证、可存储、可扩大的网络资源。
论文信息
正式论文：
Xi-Yu Luo et al., Phys. Rev. Lett. 137, 070801 (2026), Editors' Suggestion.
预印本与补充资料：
Entangling quantum memories over 420 km in fiber, arXiv:2504.05660.
