长寿命远程离子纠缠：为可扩展量子中继器铺路

量子网络整合了量子通信、量子计量和分布式量子计算，有望实现安全高效的信息传输、高分辨率传感以及信息处理速度的指数级提升[1]。长距离确定性纠缠分发是构建可扩展量子网络的前提[2-5]。然而，光纤中光子的指数级损耗阻碍了高效且确定性的纠缠分发。量子中继器[6]结合了纠缠交换[4,7,8]、纠缠纯化[9-11]和量子存储器，是克服光纤量子网络这一局限的最有前景的方法。尽管已有大量开创性研究[12-25]，但一个关键瓶颈仍然存在：在长距离上，远程存储器间的纠缠退相干速度快于其建立和纯化的速度。在此，我们展示了在通过10公里卷绕光纤连接的两个节点之间，存储器-存储器纠缠的存活时间超过了平均纠缠建立时间。这得益于长寿命囚禁离子存储器、高效的电信接口以及高可见度单光子纠缠协议的研发[26,27]。作为应用，我们报告了原理性的设备无关量子密钥分发（DI-QKD）演示：在10公里距离上进行了有限尺寸分析，并在101公里的渐近极限下实现了正密钥率，这两个距离均比以往研究提升了两个多数量级[28-30]。我们的研究为量子中继器提供了关键组成部分，也标志着向可扩展量子网络迈出了重要一步。