量子传送终于在“不同的光”中成功——德国团队的成果推动了量子中继器的发展

2025年11月20日 00:38

量子隐形传态在“不同光源”上成功——通往量子互联网的道路又近了一步

2025年11月18日，德国斯图加特大学等研究团队宣布，他们实现了在两个相距较远的半导体量子点发出的光子之间进行量子隐形传态。论文发表在《Nature Communications》杂志上，这是实现量子互联网“核心”量子中继器的重要突破。Phys.org

以下将对这一成果的意义进行简要图解，并结合可能在社交媒体上出现的反应进行解说。

究竟有什么了不起的？一句话概括…

传统：同一地点、同一设备发出的光可以实现隐形传态
此次：在两个相距较远的量子点发出的光之间，
- “将这个光的‘状态’完整地复制到另一个光上”＝成功实现量子隐形传态
- 而且，在通信基础设施中易于使用的电信波长进行了频率转换

这项技术的实现，使得“连接远距离节点的量子中继器”有可能基于半导体构建。Phys.org

日常互联网其实相当不安全

原文在开头（相当直白地）指出了当前互联网的脆弱性。Phys.org

黑客攻击导致银行账户和ID被盗
AI使网络钓鱼攻击变得越来越复杂
加密方法本身也可能被未来的量子计算机破解

在这种背景下，对量子加密和量子通信的期待不断增加。

利用量子的特性，

“窃听必留痕迹”
“完全复制被禁止（量子的‘无克隆定理’）”

可以实现高抗窃听的通信。

量子互联网与量子中继器的挑战

要构建实用的量子互联网，几乎必须能够直接使用现有的光纤基础设施。Phys.org

普通互联网：
- 光信号会逐渐减弱，因此每隔约50公里就用光放大器“提高音量”
量子互联网：
- 由于量子态不可复制，无法用同样的方法“放大”

这时就需要**量子中继器（quantum repeater）**的出现。

它不是简单的“放大器”，
而是“在中间节点将量子信息传送到另一个光子上，像接力棒一样传递”

此次成果可以说是实现量子中继器的最困难的“接力棒传递”部分的突破。Phys.org

此次实验的简要图解

1. 两个量子点分别位于不同位置

量子点：
- 纳米级半导体中的“人工原子”结构
- 由于具有特定能量，在条件合适时可以成为“性格一致”的光子的光源Phys.org+1

在此次实验中，

QD1：单光子源（仅发出一个光子）
QD2：发出纠缠光子对的光源

分别被使用。Nature

2. 将“要传送的信息”加载到第一个光子上

在QD1发出的光子上，
- 以偏振（水平/垂直及其叠加）形式编码量子信息
这是“持有待传送信息的光子”。Nature

3. 第二个和第三个是“纠缠对”

从QD2发出连续两个光子：
- 先发出的“XX光子”（光子2）
- 后发出的“X光子”（光子3）
这两个光子处于量子纠缠状态，
- 测量其中一个会强烈约束另一个的状态。Nature

4. 通过频率转换解决“频率不同”的大问题

实际上，从不同量子点发出的光

颜色（频率）略有不同
时间上的轮廓也不一致

因此，不能说是“完全相同的光”。
然而，在量子隐形传态中，干涉的光子必须几乎完全不可区分是重要条件。Phys.org

因此，研究团队准备了

能够在保持偏振的同时改变频率的量子频率转换器两台，
将QD1和QD2发出的光转换为电信波长，同时使颜色完全匹配

完成了这一壮举。Phys.org

5. 通过贝尔测量“瞬间移动信息”

要传送的光子（QD1的光子1）
纠缠对的一半（QD2的光子2）

这两个光子通过**贝尔态测量（Bell state measurement）**的特殊测量装置。Nature

根据测量结果，

QD2侧剩下的光子3（纠缠对的另一半），
变成了“继承光子1原有量子态”的状态

这就是“量子隐形传态”。不是物质本身，而是状态以不可复制的形式“搬家”的概念。Nature

实验条件与成果：虽然只有10米，但仍是重要一步