標題：美國量子網路跨出光纖限制，13英里自由空間鏈路打通「無線量子連線」
來源：iknow科技產業資訊室
原文網址：https://iknow.stpi.niar.org.tw/article/3/25253
原文：
美國量子網路建設正從地下光纖進一步延伸至空中無線鏈路。美國能源部轄下布魯克海文
國家實驗室（Brookhaven National Laboratory, BNL）與紐約州立大學石溪分校（
Stony Brook University）近日完成美國首度此類自由空間量子通訊展示，成功讓承載量
子資訊的光子穿越約13英里（21公里）開放空氣，從石溪大學的「量子瞭望台」（
Quantum Watchtower）傳送至BNL的「量子燈塔」（Quantum Lighthouse）。這項成果的
重要性不僅在於傳輸距離，而是替既有量子網路加入「無線」連線能力。目前相關量子網
路已橫跨長島與紐約都會區約161英里、連接8個節點，而自由空間光學（Free-Space
Optical, FSO）鏈路則可突破必須鋪設實體光纖的限制，使未來量子處理器、感測器乃至
衛星都有機會納入同一套分散式量子基礎設施。在8月21日的日間展示中，研究團隊利用
雷射產生每次僅含少數光子的光量子態，光子先從直徑約5微米的光纖核心射出，再跨越
21公里大氣層抵達BNL接收端。由於量子訊號極為脆弱，傳統無線電頻率雜訊過高，因此
團隊選擇直接利用光傳輸，並整合望遠鏡、光學控制、通訊系統、量子光源與高速偵測設
備，讓兩地裝置能如同單一實驗系統運作。自由空間傳輸的最大挑戰則來自大氣擾動。靠
近地面的熱流、風與地形差異會造成光束路徑變形，使微弱光子難以準確耦合回接收端光
纖。研究團隊因此導入天文觀測使用的自適應光學技術，利用可快速變形的反射鏡即時補
償大氣造成的波前扭曲，並將原本極細小的光束放大至約0.6公尺，再於接收端重新聚焦
進入僅數微米寬的光纖核心。更關鍵的是，研究人員已進一步完成糾纏光子測試。夜間背
景光較低時，糾纏光子先由石溪大學物理實驗室透過光纖傳至量子瞭望台，再經FSO鏈路
送往Brookhaven的量子燈塔，最終成功被接收與量測。量子糾纏是未來量子通訊、分散式
量子運算與高精度量子感測的核心資源，因此能否穩定跨越不同傳輸媒介，是量子網路走
向實際部署的重要條件。相較於既有商用光纖主要針對電信波段最佳化，自由空間鏈路另
一項優勢，是能使用更貼近量子處理器與原子系統原生操作波長的紅外光。石溪大學量子
研究所所長Eden Figueroa指出，團隊正探索以量子處理器原生紅外波長建立連線，降低
不同量子硬體之間進行波長轉換的需求，並為遠距離連結糾纏原子系統提供更直接的技術
路徑。這套系統並非要取代光纖，而是建立「光纖＋自由空間」的混合式量子網路。BNL
既有量子網路已長期利用商用光纖測試量子糾纏、量子記憶體與跨區域節點連線，自由空
間鏈路則可補足無法鋪設地下光纖、跨越水域或需要機動部署的場景。這種架構也更接近
今日網際網路由有線、無線與衛星網路共同構成的模式。下一階段，團隊已在耶魯大學（
Yale University）建置第三座FSO設施，規劃從石溪大學跨越長島海峽，建立約30英里（
48公里）的自由空間量子鏈路。長期目標則是將BNL與石溪大學的量子電腦真正連成分散
式系統，並進一步把衛星納入網路，使量子資訊得以跨越區域地面網路，延伸至偏遠地區
甚至形成全球性量子通訊架構。這項實驗真正值得關注之處，在於量子網路的發展重點正
逐步由單一元件性能轉向「如何連接異質量子系統」。當光纖、自由空間光學、量子記憶
體與未來衛星鏈路能在同一架構下協同運作，量子運算也將有機會從單機競逐走向分散式
資源整合。雖然，13英里的開放空氣傳輸仍只是早期基礎設施驗證，卻已為未來跨城市、
跨地域，甚至天地一體化量子網路建立關鍵技術節點。
心得：
量子網路的瓶頸逐漸從單點運算能力轉向節點之間的連接方式，光纖與自由空間鏈路並存
，代表未來量子基礎設施可能更接近現有網際網路的混合架構。這也讓量子電腦不必各自
追求完整能力，而能透過網路共享不同硬體的優勢，分散式運算的想像因此更具體。
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