美国芝加哥大学普利兹克分子工程学院团队突破了量子通信瓶颈，从理论上将量子计算机之间的连接距离大幅扩展至2000公里。按照这一进展，原本无法“对话”的芝加哥大学量子计算机，现在甚至能与远在犹他州盐湖城郊外的设备建立联系。团队表示，这意味着构建全球规模量子互联网的技术首次真正“触手可及”。这一研究成果发表在最新一期《自然·通讯》上。
量子计算机以其强大的计算能力和惊人的运算速度著称，但长期以来，它们难以实现长距离互联。此前，两台量子计算机通过光纤连接的最远距离仅有几公里，这意味着即便铺设光缆，芝加哥大学南校区的量子设备也无法与位于市中心威利斯大厦的另一台设备通信。
如今这一限制有望被彻底打破。实现的关键在于通过光纤让遥远地点的原子产生“纠缠”。但纠缠态能维持多久，直接决定了通信距离的上限。这种维持时间被称为“量子相干时间”。新研究中，团队将单个铒原子的相干时间从原来的0.1毫秒提升到超过10毫秒，在某些实验条件下，甚至达到了24毫秒。理论上，这甚至足以支持高达4000公里内的量子连接。
这项突破并非来自新发现的材料，而是源于制造工艺的革新。传统方法采用“直拉法”，即将原料在超过2000摄氏度的高温熔炉中熔化，再缓慢冷却结晶，随后通过化学蚀刻“雕刻”出所需器件。而现在团队改用了一种名为分子束外延的技术，逐层喷涂原子，像3D打印一样精准构建晶体结构。
量子光学领域先驱、西班牙巴塞罗那光子科学研究所教授于格·德·里德马滕未参与此项研究，他评论称，该项工作极具创新性，为未来规模化生产可联网量子比特开辟了一条可行路径。
下一步，团队将验证延长的相干时间是否真能支撑长距离量子通信，他们已计划模拟跨城市通信场景。
【总编辑圈点】
量子虽好，但量子之间的长途通信是个大难题。量子信号的“保鲜期”极短，一旦退相干，通信也就无以为继。此前，单个铒原子的相干时间只有0.1毫秒，信号没出小区就断掉了。此次，科研人员采用了一种类似3D打印的技术，造出更纯净和安静的晶体，延长了用来通信的铒原子的稳定状态，使得量子信号的传输距离得到质的飞跃，可以跨越城市和国家！这是实现量子互联网道路上的里程碑进展，未来，它或能推动量子科技走向更远的远方。
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