Nature Photonics 報道 | 可重構多路復用量子光子網絡邁向大規模量子互聯

12/24/2025，光纖在線訊，來自赫瑞瓦特大學光子與量子科學研究所的研究團隊在《Nature Photonics》發表題為《A large-scale reconfigurable multiplexed quantum photonic network》的研究成果，展示了一種原型化的可重構多路復用量子光子網絡架構，實現了在兩個本地四用戶量子網絡之間靈活路由與交換量子糾纏，為構建大規模、可擴展的量子網絡提供了關鍵實驗驗證。

    
     量子網絡被認為是量子安全通信、分布式量子計算與量子傳感的核心基礎，但如何在多用戶環境中高效、穩定地分發糾纏態，并實現網絡結構的動態重構，始終是制約其規模化發展的關鍵挑戰。

     現有方案多依賴平面集成干涉網絡，隨著通道數增加，器件復雜度、熱管理與耦合損耗問題迅速加劇。針對這一瓶頸，該研究提出了一種突破傳統平面光子芯片限制的“自頂向下”量子網絡實現路徑。

      
     研究團隊的核心創新在于構建了一種可編程8×8維多端口量子光學電路，該電路利用多模光纖內部天然存在的復雜模式混合過程作為高維幺正變換載體，并在其前后引入四個可編程相位平面，實現對兩個獨立光子、八個橫向空間模式的按需操控。

     該結構不依賴大規模干涉儀網格，而是通過對多模光纖傳輸矩陣的精確表征與反演設計，實現高維量子操作，從而有效規避了傳統集成光子平臺在制造與擴展性上的限制。同時，該多端口結構可直接與現有光纖通信基礎設施兼容，為實際量子網絡部署提供了工程優勢。

      
     在實驗驗證中，研究人員利用兩個獨立的糾纏光源構建本地四用戶量子網絡，并通過該多端口器件將其連接為一個八用戶的全局量子網絡。實驗展示了多種可重構網絡配置，包括本地糾纏分發、跨網絡糾纏路由以及基于并行Bell態測量的多路復用糾纏交換。

     測量結果表明，在不同網絡結構下，各用戶對之間的糾纏態保真度普遍高于76%，其中多組通道超過80%，且系統在長時間運行中保持良好的穩定性，無需頻繁重新標定。這些結果充分驗證了該架構在多用戶、高維度、可重構量子網絡中的可行性與魯棒性。

     該工作標志著量子光子網絡從局域多用戶演示向“類全球”網絡結構邁出了關鍵一步，證明了基于復雜介質與可編程光學控制的方案能夠在保持高糾纏質量的同時，實現靈活的網絡互聯與擴展。

     研究團隊指出，隨著相位控制層數與模式維度的進一步提升，該架構有望支持更大規模的用戶數量，并拓展至更高維量子態與多自由度編碼，為未來量子互聯網的構建奠定重要技術基礎。

轉載出處：光纖在線