一项跨越270米自由空间的量子隐形传态实验近日取得突破性进展，标志着未来量子通信网络的关键技术迈出了实质性一步。该成果由德国帕德博恩大学、意大利罗马大学等欧洲多所研究机构联合完成，相关论文发表于《自然·通讯》。

十年协作结硕果

在帕德博恩大学，博士和博士后研究人员花费了大约十年时间进行光学测量、数据分析与评估。期间，Klaus Jöns教授领导的团队与罗马大学Rinaldo Trotta教授团队紧密合作。Jöns教授表示：“该实验令人信服地证明，基于半导体量子点的量子光源可以成为未来量子通信网络的关键技术。在两个独立量子发射器之间成功实现量子隐形传态，是迈向可扩展量子中继器乃至量子互联网实际应用的重要一步。”

纠缠态为何至关重要

由多个量子粒子组成的纠缠系统为通信技术提供了巨大优势。这类系统不依赖单个光子决定的单一状态，而是在多个粒子之间建立相互关联的状态。这种方法对于安全通信、数据处理和量子计算等应用至关重要。纠缠将光子的特定属性联系起来，使它们能够共享信息。Jöns教授指出：“此前，这些光子来自同一个发射源。尽管近年来取得了显著进展，但使用不同的量子发射器在独立方之间实现量子中继一直遥不可及。”

长期战略与先进技术

大约十年前，Jöns和Trotta教授就规划了利用量子点作为纠缠光子对源用于通信和隐形传态系统的蓝图。最新的成功证实了这一长期战略的正确性。“这一结果表明我们的长期战略规划取得了回报，”Jöns教授补充道，“卓越的材料科学、纳米加工和光学量子技术的结合是我们成功的关键。”

全欧协作实现精确结果

这项突破依赖于欧洲多个研究中心的贡献。量子点由林茨约翰内斯·开普勒大学精确制备，谐振器纳米加工由维尔茨堡大学的合作伙伴完成。隐形传态实验本身在罗马大学进行，科学家们利用270米自由空间光链路连接了两栋建筑。系统采用了GPS辅助同步、超快单光子探测器以及对抗大气湍流的稳定方法。实验实现的隐形传态保真度（即量子态在传态过程中保持的质量）高达82±1%，超过经典极限10个标准差以上。

下一步：构建量子中继器

这一成就为下一个目标——在两个量子点之间演示“纠缠交换”打开了大门。实现这一目标将创建第一个使用两个确定性纠缠光子对源的量子中继器。确定性光源能够按需可靠地产生单个光子，尽管开发它们一直是一个重大挑战。

并行进展加强量子研究

几乎在同一时间，来自斯图加特和萨尔布吕肯的另一个研究团队报告了利用频率转换实现的类似成果。这些结果共同标志着欧洲量子研究的一个重要里程碑，并使功能性量子互联网的愿景更接近现实。