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21.06.2026
07:41

基于原子量子比特的三节点量子网络:首次实现完全分布式纠缠

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杜克大学与IonQ公司的联合研究团队在量子通信领域取得突破,首次成功演示了基于独立原子量子比特的全分布式三节点量子网络。核心成就是通过光子通道连接三个远程量子节点,形成了三方纠缠态(GHZ态)。

实验本质

量子纠缠是一种现象,其中一个粒子的状态变化会瞬间影响另一个粒子的状态,无论距离多远。此前科学家已展示过两个远程节点间的纠缠,以及基于其他物理平台的三节点网络。但这是首次在可独立控制、读取并用于构建计算系统的独立原子量子比特上实现类似成果。

突破意义

量子计算机面临的核心难题是规模化扩展。由于误差和硬件限制,构建单一巨型量子处理器极为困难。模块化架构成为替代方案:通过光子连接多个量子节点形成网络,而非制造单体设备。这一思路类似于经典互联网的发展——计算资源分布在服务器之间。

新实验正是这一方向的具体实践。研究人员证明,独立原子存储器可通过光子连接形成共同量子态,并保持高精度操作。实验中纠缠态的保真度达到84-88%。此外,首次成功关闭了完全分布式多分量量子态的"探测漏洞",并证实了梅尔明不等式的违背——这是证明存在真正量子关联的测试。

通往量子互联网之路

该研究延续了IonQ在光子量子连接领域的系列探索。此前该公司已展示过两个远程离子系统间的纠缠,如今将架构扩展至三个完整节点。尽管该技术距离商业应用尚远,但此类实验被视为未来分布式量子计算机、安全通信网络及量子互联网的关键基石。

专家观点: 这一成就标志着从理论模型向分布式量子系统实际应用的转变。通过增加节点实现网络扩展而不损失纠缠质量的可能性,为构建全球计算能力分布的量子互联网开辟了道路。但商业化仍需至少5-7年的密集研究,特别是在提升光子通道稳定性和降低错误率方面。