激光冷却的铷原子帮助中国研究人员在260英里光纤上维持量子链路。

量子网络最终可能连接城市间的计算机和传感器，但距离仍然是一个主要工程障碍。

量子信号在光纤内迅速衰减，使得长距离连接难以维持。

中国研究人员现在展示了一种在更长的光纤线路上保持量子系统连接的方法。

该装置使用了两个包含激光冷却铷原子的量子存储系统。

这一结果可能为工程师开发超越都市区的量子网络提供一个有用的平台。

它还解决了一个限制长距离光纤直接量子传输的关键局限。

量子存储解决方案

量子信号在光纤中传输时会损失强度。

随着工程师延长网络节点之间的距离，这一问题变得越来越严重。

研究人员使用铷原子云作为量子存储。

这些系统可以存储量子态，而不必让信息在整个连接中连续传输。

他们的实验在260英里（420公里）的光纤上保持了纠缠。

该结果超过了与通过有损光纤信道直接传输相关的大约199英里（320公里）阈值。

超过这一距离后，直接传输变得越来越不切实际。

量子存储可以通过将更长的网络划分为较小的区段来绕过这一限制。

保持这些存储同步提出了另一个挑战。

温度变化和机械振动会干扰建立纠缠所需的量子效应。

该团队开发了一种主动稳定系统来补偿这些波动。

它不断调整装置，使量子态在光纤链路两端保持对齐。

研究人员还调整了量子存储的工作波长。

这一改变降低了传输过程中的信号损耗，有助于保持脆弱的量子连接。

从实验室到网络

该实验延续了中国科学技术大学潘建伟及其同事多年的工作。

该团队在2020年展示了跨越31英里（50公里）光纤的量子存储纠缠。

2024年，研究人员建立了一个三节点量子网络。

新的距离将这种方法推进到与广域网更相关的领域。

它还表明，尽管长距离光纤连接中存在损耗和环境干扰，量子存储仍能保持纠缠。

量子纠缠在分离的系统之间产生共享量子态。

科学家将这种能力视为未来量子通信、计算和网络化传感的基础。

更大规模的量子网络最终可以连接城市间的量子处理器。

此类系统还可以让分布式传感器在更大范围内协调测量。

潘建伟团队在量子安全通信方面也取得了进展。

今年2月，潘建伟领导的另一个小组通过超过62英里（100公里）的光纤传输了安全信息。

该系统使用了被捕获在各自网络节点的单个铷原子。

研究人员在《科学》杂志上报告了这项工作。

最新实验并不等于一个可用的长距离量子互联网。

但它确实表明，量子存储能够在那些对直接光纤传输构成严重限制的距离上保持纠缠。

该研究于8月11日发表在《物理评论快报》上。

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