量子网络新进展：“幽灵”粒子穿越华盛顿郊区

NIST物理学家石一诚展示用于分发纠缠光子的设备。

2025年初，特殊信号沿着马里兰郊区街道和人行道上空架设的光纤高速公路蜿蜒前行。这些信号抵达目的地，标志着实现“量子网络”这一长久梦想迈出了重要一步。研究人员认为，这项新兴技术未来或许能以某种方式连接量子设备，从而大幅提升科学研究能力、实现超安全通信，并增强未来量子计算机的性能。

美国国家标准与技术研究院（NIST）的研究人员及合作者在《光通信与网络杂志》上。报道了这一进展。。

一种特殊的网络。

量子网络依赖于一种名为纠缠的特殊现象。纠缠常被描述为“幽灵般的超距作用”（阿尔伯特·爱因斯坦所创短语的翻译），纠缠物体共享一个统一的量子态，这意味着即使它们相距遥远，也无法被独立描述。当纠缠对中的一个物体被测量时，这一行为会决定对另一个物体进行测量的结果。

这些远距离连接可能重塑从天文学、地震学到药物发现等多个领域。通过共享纠缠光子，未来相距数千公里的望远镜或许能收集并合并来自同一颗遥远恒星或行星的光，从而获得比任何单一望远镜都清晰得多的图像。分布在一个区域内的纠缠传感器或许能“聆听”微小的地震扰动，并精确定位即将发生的地震或火山喷发。

与此同时，纠缠量子计算机组成的网络未来或许能处理任何单一设备都无法应对的复杂算法，帮助科学家模拟潜在的新药和新材料。另一个可能的应用是超安全通信网络，任何黑客攻击企图都会被轻易检测到。

然而，要释放这些益处，科学家必须首先克服多项技术挑战。其中最大的障碍之一是找到一种方法，让脆弱的纠缠态在实验室之外存活。

量子网络通过连接远距离用户来获得力量。但仅为量子应用建设完整的光纤网络将代价高昂。因此，来自NIST、联合量子研究所（NIST与马里兰大学的合作机构）以及总部位于纽约的Qunnect公司的研究团队，着手测试量子网络能否运行在为当今互联网提供动力的现有光纤基础设施上。

“可能是你能遇到的最糟糕的连接”。

研究人员在研究中使用的大部分光纤悬挂在电线杆上。它们随着白天温度升高而膨胀，夜间则收缩。风吹动它们，鸟儿落在上面。所有这些因素都可能使纠缠光子在光纤中传播时发生畸变。

“这可能是你能遇到的最糟糕的连接，”NIST物理学家、这项新研究的作者之一奥利弗·斯拉特里说。

嘈杂的环境不会困扰承载电话、视频流、电子邮件等的所谓经典网络。在经典通信中，信息通常通过调制传输光的功率来编码，这种方式对机械扰动或温度变化不敏感。

相比之下，嘈杂的光纤可能成为量子网络的拦路虎。这是因为纠缠态通常编码在所谓的光子偏振中——即其电场振动的方向。

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来源：NIST；内容经中文翻译改写，采集时间：2026-08-26 08:09:26。

(责任编辑：标准科技参考)