量子频率转换效率提升30倍，远程纠缠距离从米级走向实用化

10月13日，中国科学技术大学潘建伟、张强团队与济南量子技术研究院郑名扬团队合作，在紫外波段离子阱存储器与通信光纤的高效量子互联方面取得重要进展。研究团队成功实现393纳米至1550纳米的量子频率转换，端到端效率达到28.8%，泵浦光噪声抑制至每秒35个，刷新了该波段量子频率转换效率与噪声水平的国际纪录，相关成果发表于《物理评论快报》。

这个突破的意义不在实验室数据本身，而在于它把量子网络从“能不能做”推进到了“能不能铺开做”的阶段。

效率提升30倍，噪声降低了两个数量级

先看一组对比。此前，紫外波段到通信波段的量子频率转换效率普遍极低，噪声高达数千个每秒，导致囚禁离子节点之间的纠缠分发距离被死死限制在米量级。简单说，两个离子阱节点必须在同一张实验台上才能“对话”。

这次团队把效率做到了28.8%，噪声压到了35个每秒。效率提升约30倍，噪声降低超过两个数量级。基于该模块的钙离子远距离量子纠缠实验，信噪比达到120:1，还支撑了器件无关量子密钥分发的演示。

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三项底层创新支撑了这次突破

效率从不到1%到28.8%，背后是三项关键技术创新。

第一，团队建立了畴缺陷相位扰动导致效率下降的定量理论模型。简单理解，就是找到了转换器件中“漏光”的物理机制，并建立了可计算的理论工具。

第二，团队揭示了短波长泵浦下量子频率转换过程与泵浦光自发参量下转换噪声过程的“反向调谐”特性。这个发现很关键——可以把它理解为找到了信号和噪声之间的一个“跷跷板规律”，据此实现了对泵浦光噪声的大幅抑制。

第三，器件层面采用的是周期极化薄膜铌酸锂脊型波导芯片。这种芯片方案在集成度和稳定性上，比传统体块晶体方案更适合规模化生产。

量子频率转换的效率天花板，很大程度上不是被材料性能锁死的，而是被理论认知锁死的。 团队从准相位匹配的底层原理出发，先搞清楚“为什么效率上不去”，再找到“怎么把噪声压下来”，最后才在器件上落地。这种从理论到器件的路径，比单纯的材料参数提升更值得关注。

远距离纠缠从“米级”跳到“实用级”

这次突破最直接的产业影响，体现在量子中继的距离指标上。

过去，紫外波段囚禁离子节点间的纠缠分发距离被限制在米量级。这意味着量子网络只能建在一个实验室内部。现在，效率提升30倍、噪声降低两个数量级之后，纠缠分发距离具备了向公里级甚至十公里级延伸的条件。

这个变化对量子中继产业链有直接影响。据行业报告数据，2026年全球量子中继器及相关模块的市场需求规模预计达到4.2亿美元，较2025年的2.8亿美元增长50%，其中城域量子网络升级项目对多节点中继器的需求增速达到77%。在中国，量子赛道2026年第一季度融资总额达到32.04亿元，超过了2025年全年的24.73亿元。

信号很明确：量子频率转换不再是纯学术课题了，它正在变成量子网络产业链上的一个真实需求环节。

国际竞争同步升温，产业化节奏有客观判断

值得注意的是，围绕囚禁离子量子网络的国际布局也在加速。

IonQ与剑桥大学于10月15日联合开设了全球首个大学量子创新中心，其中一个核心项目就是开发用于囚禁离子的微型反射镜，目标是提升离子光信号收集效率，为量子处理器之间的光学互联打基础。欧洲量子互联网联盟获得了欧盟委员会4750万欧元资助，计划用囚禁离子节点搭建两个城域量子网络，并通过数百公里光纤实现互联。

但需要说清楚：这次突破虽然刷新了纪录，距离大规模商用还有明显距离。

量子中继器的商用电信级规模部署，行业普遍预计在2028年后才会逐步显现。当前28.8%的转换效率对于实验演示足够，但对于需要长距离、多节点级联的电信级网络，效率还需继续提升。噪声水平35个每秒虽然已经很低，但在实际光纤环境中还会面临更多干扰源。

量子频率转换芯片的国产化供应链也还在建设中。 中国已建成首条4英寸铌酸锂薄膜生产线，年产能2.5万片晶圆，但高端薄膜外延片仍需进口，进口依赖度约为55%。这意味着从技术突破到规模化器件交付，中间还有一段产能爬坡和供应链完善的路要走。

总结来看，这次突破的核心价值在于：量子频率转换的效率从“勉强能用”跳到了“可以认真规划网络架构”的水平。效率提升30倍、噪声降低两个数量级、信噪比120:1这三个数字组合起来，意味着离子阱量子节点之间的远程纠缠从实验室演示迈向了工程化验证。

对于从事量子通信设备、量子中继器、光电子器件以及通信网络集成的企业来说，接下来值得跟踪两个方向：一是量子频率转换模块的商用化产线落地节奏，二是铌酸锂薄膜外延片国产替代的进展。这两个方向决定了技术突破到产业落地之间的时间窗口有多宽。