标题：美国量子网络跨出光纤限制，13英里自由空间链路打通“无线量子连线”
来源：iknow科技产业资讯室
原文网址：https://iknow.stpi.niar.org.tw/article/3/25253
原文：
美国量子网络建设正从地下光纤进一步延伸至空中无线链路。美国能源部辖下布鲁克海文
国家实验室（Brookhaven National Laboratory, BNL）与纽约州立大学石溪分校（
Stony Brook University）近日完成美国首度此类自由空间量子通讯展示，成功让承载量
子资讯的光子穿越约13英里（21公里）开放空气，从石溪大学的“量子瞭望台”（
Quantum Watchtower）传送至BNL的“量子灯塔”（Quantum Lighthouse）。这项成果的
重要性不仅在于传输距离，而是替既有量子网络加入“无线”连线能力。目前相关量子网
路已横跨长岛与纽约都会区约161英里、连接8个节点，而自由空间光学（Free-Space
Optical, FSO）链路则可突破必须铺设实体光纤的限制，使未来量子处理器、传感器乃至
卫星都有机会纳入同一套分布式量子基础设施。在8月21日的日间展示中，研究团队利用
雷射产生每次仅含少数光子的光量子态，光子先从直径约5微米的光纤核心射出，再跨越
21公里大气层抵达BNL接收端。由于量子讯号极为脆弱，传统无线电频率噪声过高，因此
团队选择直接利用光传输，并整合望远镜、光学控制、通讯系统、量子光源与高速侦测设
备，让两地装置能如同单一实验系统运作。自由空间传输的最大挑战则来自大气扰动。靠
近地面的热流、风与地形差异会造成光束路径变形，使微弱光子难以准确耦合回接收端光
纤。研究团队因此导入天文观测使用的自适应光学技术，利用可快速变形的反射镜即时补
偿大气造成的波前扭曲，并将原本极细小的光束放大至约0.6公尺，再于接收端重新聚焦
进入仅数微米宽的光纤核心。更关键的是，研究人员已进一步完成纠缠光子测试。夜间背
景光较低时，纠缠光子先由石溪大学物理实验室透过光纤传至量子瞭望台，再经FSO链路
送往Brookhaven的量子灯塔，最终成功被接收与量测。量子纠缠是未来量子通讯、分布式
量子运算与高精度量子传感的核心资源，因此能否稳定跨越不同传输媒介，是量子网络走
向实际部署的重要条件。相较于既有商用光纤主要针对电信波段最佳化，自由空间链路另
一项优势，是能使用更贴近量子处理器与原子系统原生操作波长的红外光。石溪大学量子
研究所所长Eden Figueroa指出，团队正探索以量子处理器原生红外波长建立连线，降低
不同量子硬件之间进行波长转换的需求，并为远距离连结纠缠原子系统提供更直接的技术
路径。这套系统并非要取代光纤，而是建立“光纤＋自由空间”的混合式量子网络。BNL
既有量子网络已长期利用商用光纤测试量子纠缠、量子内存与跨区域节点连线，自由空
间链路则可补足无法铺设地下光纤、跨越水域或需要机动部署的场景。这种架构也更接近
今日互联网由有线、无线与卫星网络共同构成的模式。下一阶段，团队已在耶鲁大学（
Yale University）建置第三座FSO设施，规划从石溪大学跨越长岛海峡，建立约30英里（
48公里）的自由空间量子链路。长期目标则是将BNL与石溪大学的量子电脑真正连成分散
式系统，并进一步把卫星纳入网络，使量子资讯得以跨越区域地面网络，延伸至偏远地区
甚至形成全球性量子通讯架构。这项实验真正值得关注之处，在于量子网络的发展重点正
逐步由单一元件性能转向“如何连接异质量子系统”。当光纤、自由空间光学、量子记忆
体与未来卫星链路能在同一架构下协同运作，量子运算也将有机会从单机竞逐走向分布式
资源整合。虽然，13英里的开放空气传输仍只是早期基础设施验证，却已为未来跨城市、
跨地域，甚至天地一体化量子网络建立关键技术节点。
心得：
量子网络的瓶颈逐渐从单点运算能力转向节点之间的连接方式，光纤与自由空间链路并存
，代表未来量子基础设施可能更接近现有互联网的混合架构。这也让量子电脑不必各自
追求完整能力，而能透过网络共享不同硬件的优势，分布式运算的想像因此更具体。
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