量子信号首现传统网络，光纤即可传输

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8 月 31 日消息，美国宾夕法尼亚大学的一支工程团队近日在真实环境中首次利用现行互联网通信协议（IP），通过商业光纤网络成功传输了量子信号，相关成果已刊登于《科学》杂志。这项突破标志着量子互联网正从理论构想逐步走向实际应用，依托现有网络体系迈出关键一步。

量子信号的最大特点在于其极端脆弱性：一旦被测量，便会丧失量子纠缠特性；同时，环境中的噪声干扰也极易导致信号失真或无法识别。然而，此次研究人员成功实现了在已被传统IP数据占据的繁忙城市光纤网络中稳定传输量子信息。

实现这一突破的核心是名为“Q 芯片”（Q-Chip）的创新器件——由宾夕法尼亚大学自主研发的一款硅基集成芯片，专为协调经典互联网信号与量子信号而设计。其全称为“光子量子-经典混合互联网芯片”（Quantum-Classical Hybrid Internet by Photonics），可将标准光信号与微弱量子信号整合打包，在城市级光纤网络中实现共传。该芯片具备收发一体功能，无需直接测量量子态，即可自动完成噪声校正。

传统计算依赖晶体管和比特，以“0”或“1”的二进制状态进行运算；而量子计算则基于量子比特（qubit），利用量子叠加和纠缠效应，使信息单元能同时处于多种状态的叠加。这种能力赋予量子计算机远超经典系统的并行处理潜力。

但量子纠缠极为敏感：任何对系统的观测都会导致叠加态坍缩，使量子特性消失。这类似于薛定谔的思想实验——在未打开盒子前，猫处于“既生又死”的叠加态；一旦观测，状态即刻确定。同理，量子信号一旦被探测，其原本的关联性就会断裂，这对网络传输提出了严峻挑战。

项目博士生罗伯特・布罗伯格在接受 Phys.org 采访时表示：“传统互联网依赖对数据包的读取和路由判断，但量子信号不能被直接测量，否则量子态将被破坏，因此无法沿用现有机制。”

为解决这一矛盾，Q 芯片采用了“列车式”传输策略：将量子信号与常规光信号绑定传输。其中，经典信号如同牵引列车的“引擎”，负责路径选择与导航；量子信号则作为“车厢”携带信息同行。在整个过程中，量子信号始终未被测量。此外，由于收发两端的 Q 芯片均掌握经典信号的预期模式，可通过先校正经典信号误差，反推出量子信号的修正方案，从而实现噪声补偿。

研究资深作者冯亮（Liang Feng，音译）指出：“我们的实验证明，集成芯片能够在 Verizon 这样的现役商用网络中处理量子信号，并完全兼容当前互联网使用的标准协议。这是迈向大规模实验和实用化量子互联网的重要里程碑。”

据冯亮与罗伯特・布罗伯格介绍，理论上，Q 芯片系统可在费城 Verizon 光纤网络的任意节点部署，且具备向其他城市推广的潜力。然而，要实现跨城市乃至更远距离的量子通信，仍需攻克量子信号长距离中继与重复传输的技术难题，这是构建广域量子网络的关键前提。

目前，量子计算正加速迈向实用化阶段。此次“基于现有互联网基础设施传输量子信号”的研究成果，为未来量子通信的发展提供了极具前景的技术路径。尽管前路尚存不确定性，全球各国政府与科技企业已纷纷加大投入，竞相争夺量子技术落地的主导权。

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