科技日報合肥2月8日電 （記者吳長鋒）記者8日從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉院士團隊與其他團隊合作，在國際上首次構建出可擴展量子中繼的基本模塊，並實現了單原子節點間的遠距離高保真糾纏，在此基礎上首次將器件無關量子密鑰分發（DI-QKD）的傳輸距離突破百公裡，極大推進了該技術的實用化進程。兩項成果分別於北京時間2月3日和6日發表於國際學術期刊《自然》和《科學》。

光纖的固有損耗導致量子糾纏的傳輸效率隨距離成指數衰減，量子中繼方案是解決光纖傳輸損耗的有效方案。然而，近30年來始終未能解決的一項重大技術難題是：糾纏的壽命遠遠短於產生糾纏所需的時間，以至於在糾纏的存活時間內，與之相鄰的糾纏難以確定性產生，因而無法實現糾纏的有效連接，嚴重制約了量子中繼的可擴展性。

針對這一核心難題，研究團隊通過發展長壽命囚禁離子量子存儲器、高效率離子—光子通信接口及高保真度單光子糾纏協議，首次實現長壽命量子糾纏，糾纏壽命（550毫秒）顯著超過糾纏建立所需的時間（450毫秒），成功構建了可擴展量子中繼的基本模塊，使得遠距離量子網絡成為現實可能。

以往的量子保密通信方案需要對器件參數進行精確標定以保障現實安全性。而基於糾纏的DI-QKD方案則突破了這一限制，即使量子器件完全不可信，也能夠保障密鑰的安全，將大幅提升量子密鑰分發的實用性和抗攻擊能力。這一方案被譽為“密碼學者千年來所追尋的‘聖杯’”。

不過，DI-QKD的實驗實現面臨極為嚴苛的技術門檻，此前相關實驗演示大多局限於數米至數百米短距離范圍。

基於可擴展量子中繼技術，研究團隊進一步實現了兩個銣原子間的遠距離高保真糾纏，並在此基礎上將設備無關量子密鑰分發的距離突破百公裡，較國際此前最好實驗水平提升兩個數量級以上。

潘建偉表示，上述突破是我國繼“墨子號”量子衛星之后又一裡程碑式成果，標志著基於量子糾纏的光纖量子網絡正在從理論構想走向現實可能，進一步擴大了我國在該領域的國際領先優勢。