近日，賓夕法尼亞大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在量子通信領(lǐng)域取得重大突破，相關(guān)成果發(fā)表于國際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志。該團(tuán)隊(duì)首次利用商用光纖網(wǎng)絡(luò)和標(biāo)準(zhǔn)互聯(lián)網(wǎng)IP協(xié)議，成功實(shí)現(xiàn)了量子信號(hào)的穩(wěn)定傳輸，為構(gòu)建實(shí)用化量子互聯(lián)網(wǎng)邁出了關(guān)鍵一步。

實(shí)驗(yàn)在Verizon公司園區(qū)內(nèi)完成，研究團(tuán)隊(duì)通過一公里長的商用光纖連接兩棟建筑，構(gòu)建了完整的量子網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。測試過程中，系統(tǒng)全程運(yùn)行穩(wěn)定，量子信號(hào)傳輸保真度超過97%，展現(xiàn)了極高的可靠性和效率。這一成果表明，量子通信技術(shù)已具備依托現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施部署的可行性。

突破的核心在于團(tuán)隊(duì)研發(fā)的緊湊型"Q芯片"。該芯片能夠同時(shí)處理量子信息與經(jīng)典信號(hào)，與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議完全兼容，并具備自動(dòng)糾錯(cuò)功能。研究團(tuán)隊(duì)成員張亦馳博士形象地比喻："經(jīng)典信號(hào)像火車頭引導(dǎo)方向，量子信息則安全地存放在車廂中，通過監(jiān)測火車頭即可規(guī)劃路線，而不會(huì)干擾車廂內(nèi)的量子態(tài)。"

量子通信的基礎(chǔ)是"量子糾纏"現(xiàn)象——兩個(gè)關(guān)聯(lián)粒子的狀態(tài)會(huì)瞬間同步變化。利用這一特性，未來量子計(jì)算機(jī)可實(shí)現(xiàn)資源共享，在藥物研發(fā)、新材料設(shè)計(jì)等領(lǐng)域展現(xiàn)遠(yuǎn)超傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)的能力。然而，量子態(tài)的脆弱性長期制約著技術(shù)發(fā)展，任何環(huán)境干擾都可能導(dǎo)致信息丟失。

研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地將經(jīng)典信號(hào)干擾模式應(yīng)用于量子糾錯(cuò)。由于經(jīng)典信號(hào)與量子信號(hào)受環(huán)境影響的機(jī)制相似，通過分析經(jīng)典信號(hào)的變化即可推斷量子態(tài)的偏差，并實(shí)施修正而不破壞其量子特性。這種"借道糾錯(cuò)"的方法，有效解決了真實(shí)環(huán)境中溫度波動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)等干擾問題。

目前實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)包含一臺(tái)服務(wù)器和一個(gè)節(jié)點(diǎn)，通過一公里光纖連接。但研究人員指出，通過大規(guī)模生產(chǎn)硅基Q芯片并接入現(xiàn)有光纖網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)可快速擴(kuò)展。馮良教授強(qiáng)調(diào)："這項(xiàng)技術(shù)使量子互聯(lián)網(wǎng)從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵱没蔀榭赡埽拖?0世紀(jì)90年代互聯(lián)網(wǎng)連接高校那樣，將引發(fā)顛覆性變革。"

盡管實(shí)現(xiàn)城市級(jí)量子網(wǎng)絡(luò)仍面臨挑戰(zhàn)——當(dāng)前技術(shù)尚無法在不破壞糾纏態(tài)的情況下放大量子信號(hào)，但此次突破已證明量子通信與經(jīng)典互聯(lián)網(wǎng)融合的可行性。該研究得到戈登與貝蒂·摩爾基金會(huì)、美國海軍研究辦公室等機(jī)構(gòu)資助，標(biāo)志著量子技術(shù)從理論探索向工程應(yīng)用的重大轉(zhuǎn)型。