2026年2月,一條科技突破消息席卷各大平臺,點燃億萬民眾的民族自豪感與科技熱望。
我國科學家團隊低調完成一項具有里程碑意義的攻關任務——全球首套具備工程化部署能力的可擴展量子網絡中繼單元正式建成并完成全鏈路驗證,標志著我國在量子通信基礎設施建設領域已穩居世界最前沿位置。
這份沉甸甸的成果背后,是數百名科研工作者十余載寒暑不輟的潛心鉆研與持續攻堅。
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必須直面一個根本性挑戰:為何構建長距離量子網絡如此艱難?光子作為信息載體的確理想——傳輸速率逼近光速、單光子即可編碼海量信息,但它也有難以逾越的短板:極度敏感。
當它在標準通信光纖中穿行時,能量損耗呈指數級加劇。實測表明,一束初始強度穩定的單光子信號,在常規光纖中僅需傳播100至150公里,其探測概率便驟降至百萬分之一以下,近乎完全湮滅。
傳統通信采用的“光電-電光”中繼方式在此徹底失效——那是一種將光信號先轉換為電信號、經電子放大后再轉回光信號的成熟路徑。
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可在量子體系中,這種操作無異于毀滅性干預。任何對量子態的測量、復制或放大行為,都會瞬間破壞其核心特征——量子糾纏與疊加態,使信息載體失去不可克隆性與非局域關聯性。
因此,過去二十年間,量子通信始終被物理邊界牢牢框定在百公里量級的實驗室或城域范圍之內。設想從深圳向烏魯木齊同步分發一組安全密鑰?技術上長期被視為不可逾越的鴻溝。
潘建偉院士領銜的聯合攻關組所實現的突破,本質上是一場精密的“量子接力”,他們繞開了經典中繼邏輯,開創性地構建出一套基于固態原子平臺的量子中繼架構。
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其底層機制依托“糾纏交換協議”:不再強求單個光子橫跨千里,而是沿鏈路布設多個中繼節點,前段光子抵達后即被高保真捕獲并暫存于量子存儲器中;待后段光子同步到達,系統自動觸發雙光子間的貝爾態測量,從而將遠端兩段獨立糾纏關系“橋接”為端到端長程糾纏。
原理看似清晰,落地卻如攀登絕壁。數十年來,國際學界普遍受困于量子存儲器的“瞬時記憶”缺陷——多數方案僅能維持相干態幾十微秒,最優紀錄亦徘徊在納秒至百微秒區間。
信號尚未完成路由調度,存儲單元早已退相干失活,導致糾纏無法有效鏈接,多節點級聯更成空談,兩節點穩定連接已是重大進展,遑論廣域組網。
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今年1月,這一技術瓶頸被中國科研力量一舉擊穿。想象這樣一幅實驗圖景:在100公里標準G.652光纖構成的真實信道中,研究團隊通過自主研制的高效率離子-光子耦合接口,結合雙通道銣原子氣室協同操控技術,成功將光子量子態的存儲壽命推升至550毫秒。
這絕非單純數值的躍進,而是系統性能的顛覆性重構。實測數據證實,相較于點對點直連光纖傳輸,該中繼系統的密鑰生成率提升達1017倍(即一億億倍)。
請注意,這是人類信息科學史上極為罕見的指數級效能跨越,已遠超常規意義上的“優化升級”,實為物理實現范式的代際更迭。
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由此推演,只要模塊化設計成熟,理論上可通過無限堆疊此類中繼單元,構建覆蓋全球任意經緯度的量子通信骨干網。
若說傳輸效率的爆發令學術界為之沸騰,那么其內嵌的絕對安全機制,則足以引發全球信息安全格局的深層震顫。
當前主流網絡安全體系,本質建立在數學復雜度之上——無論是RSA還是ECC加密,其安全性均依賴于大數分解或離散對數問題在經典計算模型下的難解性。
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但算力演進永無止境,隨著超算集群持續迭代及通用量子計算機雛形初現,現有公鑰體系在未來十年內或將面臨系統性破解風險,今日堅不可摧的“數字堡壘”,明日或成透明玻璃屋。
而此次實現的“器件無關型量子密鑰分發”(DI-QKD),則將安全根基深植于自然法則之中。
其核心保障來自兩條不可撼動的量子物理公理:“海森堡不確定性原理”與“量子態不可克隆定理”。通俗而言,任何第三方試圖在信道中途截取或復制量子信號的行為,必然伴隨不可避免的測量擾動。
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這就像一封由量子態封印的密函,一旦被非法開啟,封印即刻碎裂且不可復原,所有接收方將立即察覺異常——原本應呈現的干涉條紋變為完全隨機噪聲,警報系統瞬時觸發。
攻擊者不僅無法獲取有效信息,反而會暴露自身存在坐標。這不是算法攻防的此消彼長,而是物理定律對竊聽行為的先天否決,正因如此,金融監管機構、國家密碼管理局與戰略指揮系統均將其列為最高優先級技術儲備。
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試想未來某日,跨境銀團貸款清算、國家級應急指令下達、關鍵基礎設施控制指令等核心業務,全部運行于這張遵循物理守恒律的“零信任網絡”之上,“監聽”“中間人攻擊”“密鑰竊取”等術語將永久退出現實威脅詞典。
尤為關鍵的是,這并非懸浮于理論真空中的構想。隨著地面可擴展中繼模塊完成閉環驗證,疊加已在軌穩定運行逾六年的“墨子號”量子科學實驗衛星,一張融合天地雙維信道的量子互聯網原型網絡已然輪廓清晰。
地面層依托城市間光纖中繼網實現高密度區域覆蓋,空間層借助低軌量子衛星完成跨洲際鏈路貫通,這張新型信息基座正加速從概念驗證邁向規模部署。讓我們把時間撥回1998年。
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彼時,潘建偉尚在奧地利因斯布魯克大學開展博士后研究,首次在實驗中實現了四光子糾纏態制備與糾纏交換演示。在當時國際主流觀點中,量子通信仍被視作基礎物理的思辨延伸,距離實際工程應用遙不可及。
誰曾料想,短短二十六年間風云激蕩,美、歐、日等主要科技力量紛紛投入巨資競逐該賽道,各方心照不宣:率先建成全球量子網絡者,將實質掌控下一代信息基礎設施的“根認證權”與“協議定義權”,進而主導未來數字經濟的話語體系。
這場角逐早已超越學科邊界,上升為關乎國家技術主權的戰略高地。但現實極具張力——當歐美團隊仍在冷原子阱、囚禁離子、金剛石氮空位中心等不同技術路線間反復權衡,甚至為突破毫秒級存儲極限而組織跨國聯合攻關時,中國科研團隊已將功能完備、接口標準化的工程化中繼模塊交付測試現場。
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從技術引進的追隨者,到標準共建的同行者,再到如今系統定義的引領者,這場靜默卻驚雷般的跨越,沒有喧囂宣言,只有實驗室徹夜不熄的燈光與儀器屏幕上跳動的穩定波形。2026年初冬,當斯特拉斯堡某實驗室為將存儲時間從380微秒提升至410微秒舉行內部慶賀時,中國科研人員已在長三角樞紐節點啟動首批中繼模塊的批量封裝與壓力測試,目標直指京滬干線與粵港澳大灣區地下光纜網絡的規模化嵌入。
這正是“全鏈條自主可控”的真實重量——無需仰賴外部供應鏈,不必擔憂關鍵技術斷供,從核心光子晶體腔體的設計、超高真空銣原子氣室的加工,到糾纏源驅動電路的FPGA代碼編寫,再到每毫秒級參數校準的物理標定流程,全部由本土科研力量獨立完成。
科技突破往往如同在無窗密室中手洗一件浸透油污的工裝,你無法預判潔凈時刻,只能依靠經驗與信念反復揉搓、漂洗、晾曬。直到某天穹頂燈亮,你才驚覺手中托舉的,是一件足以改寫行業史冊的科技重器。
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550毫秒,在人類生理感知中不過一次呼吸的間隙,但在飛秒量級的量子世界里,這已是足以支撐數十次完整糾纏操作的時間富余。這額外爭取的100毫秒,不只是時間維度的延展,更是空間疆域的實質性拓荒。
它讓曾經只存在于干涉儀暗紋中的幽微量子糾纏,掙脫了“瞬時幻影”的宿命,蛻變為可精準捕獲、穩定保持、工業級調度的信息基本單元。
當我們習慣用“量子優勢”“技術競賽”等術語描述這場變革時,往往忽略了其內在的詩意本質:兩個相隔百公里的光子,在人類構筑的精密腔體中,跨越真空與光纖的阻隔,達成超越經典關聯的神秘共振;而我們,終于親手鍛造出承載這種宇宙級默契的可靠容器。
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這或許是浩瀚自然饋贈給人類文明的一枚密鑰,也是對那些在冷門領域默默耕耘三十載的探索者,最莊重也最深情的禮贊。此刻,鑰匙已插入鎖孔,門軸正在轉動——門后的全新紀元,已然呼之欲出。
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