长期以来，受光纤固有损耗影响，量子态传输中会随距离迅速衰减，量子纠缠的分发效率呈指数下降。这个物理限制成为远距离量子通信与量子网络建设的关键瓶颈：距离越远，可用信号越弱，安全密钥生成速率越低，网络层面的稳定互联难以实现。为突破这一限制，国际学界提出量子中继方案，希望通过分段建立纠缠并逐级连接，像“接力”一样把纠缠延伸到更远距离。然而，该路线在近30年的研究中始终卡在一个核心难题——纠缠“存得住”与“连得上”之间存在时间矛盾。 从原理上看，量子中继要实现可扩展，至少需满足两点：一是相邻链路的纠缠能在一定时间内保持高质量、避免退相干；二是在纠缠有效存活期内，邻近链路的纠缠要能以足够高的成功率建立并完成连接。现实困难在于，过去许多体系中纠缠寿命往往短于建立纠缠所需时间，导致上一段纠缠还未等到下一段建立成功就已“失效”，无法有效连接，从而难以扩展到更长链路。这也是量子中继从概念走向工程长期难以跨越的门槛之一。 针对这一矛盾，中国科学技术大学潘建伟院士团队与合作者围绕量子存储、光子接口和纠缠生成协议开展系统研究。团队发展长寿命的囚禁离子量子存储器，提升离子—光子高效率通信接口性能，并实现高保真单光子纠缠方案，最终在实验中获得“寿命更长、建立更快”的纠缠资源：纠缠寿命达到550毫秒，明显超过纠缠建立所需的450毫秒。时间窗口被打开，意味着在纠缠仍“可用”条件下，可以等待并完成相邻链路的纠缠建立，从而具备连接与扩展的现实基础。基于此，团队构建出可扩展量子中继的基本模块，为远距离量子网络工程化补上关键环节。 该突破的意义不止于“把纠缠传得更远”，也为更高等级的安全通信提供了支撑。传统量子密钥分发在实际部署中通常需要对器件特性进行精确标定与持续校验，以确保系统参数满足安全假设；在复杂环境下，仍可能面临器件偏差、侧信道等风险。器件无关量子密钥分发基于纠缠与贝尔不等式检验等思想，将安全性建立在基本物理规律和实验统计结果之上，即便设备存在不可信因素，原则上仍可保证密钥安全，被认为是提升量子通信抗攻击能力和实用性的关键方向。但其实现条件严苛，对纠缠质量、探测效率和系统稳定性等要求极高，此前国际实验多停留在数米到数百米范围，难以满足通信网络的距离需求。 在可扩展量子中继技术基础上，研究团队更实现两个铷原子之间的远距离高保真纠缠，并首次将器件无关量子密钥分发的传输距离推进到百公里量级，相较此前国际最好实验水平实现明显提高。百公里是光纤通信网络的重要尺度门槛之一，达到这一量级意味着有关技术向城域乃至更大范围部署迈出关键一步，也为未来量子网络中高等级安全链路的构建提供了可验证路径。 从影响看，这多项成果将对量子保密通信、量子网络架构以及新型信息基础设施安全带来多上推动：其一，为长距离量子纠缠分发提供可扩展的技术模块，有望降低量子网络节点扩展的系统性难度；其二，为更高安全等级的密钥分发提供支撑，提升复杂环境下抵御攻击与不确定因素的能力；其三，有助于推动我国在量子信息领域从“单点突破”走向“体系化能力”，并与卫星、光纤等多平台协同，构建更完整的量子通信网络布局。 面向下一步，工程化与规模化仍需持续推进。一上，要进一步提高量子中继模块的稳定性、重复运行可靠性与网络适配能力，形成可真实通信环境中长期运行的系统；另一上，需在关键器件国产化、标准化接口与网络协议、测试评估体系等加快布局，推动实验成果向可部署、可维护、可扩展的工程方案转化。同时，应加强跨学科与产学研协同，完善从基础研究到应用验证的链条，形成安全可控的技术生态。 展望未来，随着可扩展量子中继与器件无关密钥分发等关键技术不断成熟，基于量子纠缠的光纤量子网络有望从“可行性验证”走向“网络级应用示范”。在全球数字化加速、信息安全需求持续提升的背景下，量子安全通信将成为新型基础设施的重要组成部分。潘建伟院士表示，上述进展是我国继“墨子号”量子卫星之后的又一重要突破，表明我国在量子信息关键方向上继续保持领先，并在相关优势上持续推进。
从“墨子号”卫星到光纤干线网，再到如今的中继技术突破，我国在量子通信领域持续展现“理论—技术—工程”贯通的创新能力。这些基础研究的积累不仅有助于提升国家信息安全保障水平，也为前沿技术竞争提供了重要支撑。随着量子技术加快走向实用化，一个以物理规律为基础、具备更高安全性的通信形态正在逐步走近。