中國科大團(tuán)隊(duì)率先實(shí)現(xiàn)異構(gòu)量子通信網(wǎng)絡(luò)，打破單一系統(tǒng)限制

1 月 6 日消息，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)的韓正甫、陳巍教授等與學(xué)校薛開平教授等合作，在構(gòu)建異構(gòu)量子網(wǎng)絡(luò)方面取得進(jìn)展，創(chuàng)新性地提出并實(shí)驗(yàn)演示了一種全異構(gòu)量子網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及其關(guān)鍵支撐技術(shù)，并基于該架構(gòu)實(shí)現(xiàn)不同物理維度的量子系統(tǒng)之間的開放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)能支持多種不同量子任務(wù)并行與自動(dòng)優(yōu)化，為邁向開放、多樣化的量子互聯(lián)網(wǎng)藍(lán)圖奠定關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。

該成果于 2025 年 12 月 12 日發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然・通訊》。

量子互聯(lián)網(wǎng)被譽(yù)為下一代信息技術(shù)的革命。然而，當(dāng)前量子網(wǎng)絡(luò)通常為特定任務(wù)設(shè)計(jì)專用系統(tǒng)，這限制了未來量子互聯(lián)網(wǎng)的開放性和多樣性。

為解決這一關(guān)鍵瓶頸，研究團(tuán)隊(duì)提出異構(gòu)量子通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，在引入軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種“編排核心”用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的量子任務(wù)選擇、通信協(xié)議適配與系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化。

該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)聚焦的異構(gòu)性主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：接入自由度異構(gòu)、用戶設(shè)備異構(gòu)、協(xié)議與任務(wù)異構(gòu)。基于上述設(shè)計(jì)，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建并運(yùn)行了一個(gè)五節(jié)點(diǎn)異構(gòu)量子網(wǎng)絡(luò)，其中包含一個(gè)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)和四個(gè)分別配備偏振、時(shí)間-相位、相位等不同調(diào)制系統(tǒng)的源節(jié)點(diǎn)。

在該網(wǎng)絡(luò)上，團(tuán)隊(duì)成功演示了多協(xié)議切換、多自由度切換與多任務(wù)切換，并完成包括四種不同量子任務(wù)的驗(yàn)證。值得一提的是，實(shí)驗(yàn)在國際上演示了包含多個(gè)惡意節(jié)點(diǎn)的量子拜占庭協(xié)定，有望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品溯源等高級(jí)應(yīng)用，標(biāo)志著量子網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)共識(shí)能力的重要提升。

該項(xiàng)工作指出，開放、兼容與多功能是未來量子互聯(lián)網(wǎng)走向大規(guī)模實(shí)用化的必然要求。當(dāng)前大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)存在設(shè)備受限、功能單一、擴(kuò)展成本高等局限。本研究提出的全異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)方案，通過軟件定義和集中編排，使得用戶無需了解底層實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)即可靈活使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，極大地增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的靈活性、覆蓋能力和成本效益，同時(shí)提升了安全性。

這項(xiàng)工作不僅為制備-測(cè)量量子網(wǎng)絡(luò)的終極形態(tài)描繪了清晰藍(lán)圖，其技術(shù)路徑也為量子互聯(lián)網(wǎng)從實(shí)驗(yàn)室走向廣泛互聯(lián)提供了關(guān)鍵范例。