图 基于中性原子量子存储的器件无关量子密钥分发实验架构

　　在国家自然科学基金项目（批准号：T2525008, T2125010等）等资助下，中国科学技术大学潘建伟、包小辉、张强等与济南量子技术研究院、新加坡国立大学、加拿大滑铁卢大学等的研究人员合作，联合国内外多家科研机构，实现了单原子节点间的远距离高保真纠缠，并在此基础上将器件无关量子密钥分发（DI-QKD）的传输距离突破百公里，极大推进了该技术的实用化进程。相关成果以“基于单原子的100公里器件无关量子密钥分发（Device-independent quantum key distribution over 100 km with single atoms）”为题，于2026年2月5日发表在《科学》（Science），论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aec6243。

　　远距离纠缠分发的一个直接应用是实现现实条件下最高安全等级的量子保密通信。以往的量子保密通信方案需要对器件参数进行精确标定以保障现实安全性，这通常会在实际应用中带来不便。而基于纠缠的“器件无关量子密钥分发（DI-QKD）”方案则突破了这一限制：即使量子器件完全不可信，只要通信双方能够建立起足够高品质的纠缠并验证无漏洞的贝尔不等式违背，就能严格保证密钥分发的安全而无需对器件参数进行精确标定。因此，DI-QKD被量子密码学的奠基人之一、2018年沃尔夫奖获得者Gilles Brassard誉为“密码学者千年来所追寻的‘圣杯’”。

　　然而，DI-QKD的实验实现面临极为严苛的技术门槛。远程节点间的量子纠缠需要同时满足以下条件：（1）具备极高的探测效率，以有效关闭探测器效率漏洞；（2）维持极高的纠缠保真度，以确保对贝尔不等式足够显著的违背。受限于长距离光纤损耗及系统噪声等不利因素，国际上此前相关实验演示大多局限于短距离范围（通常为数米至数百米），与实际应用需求存在显著差距。

　　基于团队在冷原子量子中继方向多年的技术积累，中国科大研究人员进一步发展了结合里德堡的单原子量子中继技术，成功实现了两个铷原子间的远距离高保真纠缠：在最长达100公里的光纤链路上，原子节点间远程纠缠保真度仍保持在90%以上，显著优于此前国际同类实验结果。在此基础上，团队在城域尺度光纤链路上实现了设备无关量子密钥分发：在11公里光纤链路中完成了基于有限数据量的安全性分析与严格证明，传输距离较以往最好结果提升约3000倍；在100公里光纤链路中演示了密钥生成的可行性，传输距离较国际此前最好实验水平提升两个数量级以上。