量子通信系统依托纠缠等量子力学效应在网络节点间传递信息。纠缠指两个或多个粒子即使相距遥远仍共享统一量子状态，对其中一个粒子的测量会影响另一个粒子的状态。

不过，量子网络通常对环境扰动高度敏感。温度的随机波动及由此产生的热噪声会破坏网络连接，使量子态的可靠传输面临挑战。对于以微波光子承载量子信息的超导量子电路而言，由于微波光子能量较低，对热噪声尤为敏感。

据《Nature Electronics》发表的一项研究，中国深圳的研究人员展示了一种基于微波光子、超导传输线的量子网络，并提出降低热噪声影响的方法，以支持远距离设备间的量子态可靠传输。论文共同资深作者钟有鹏在接受Phys.org采访时表示，经典高性能计算常通过将多个处理器连接成集群提升算力，量子计算也出现类似思路，即将多个量子处理器联网以构建更大规模的量子机器；但在超导量子电路之间构建网络存在独特挑战。

通过“冷汇+可调耦合器”降低热噪声

钟有鹏及其同事的目标是验证：微波量子信号能否在更高温度的传输线上保持量子相干性并实现可靠传输。研究团队指出，超导传输线即便经历较高温度阶段仍可维持低损耗，这为在更高温环境中传输微波量子信号提供了基础。

在此基础上，团队将承载微波光子的传输线与可吸收热量的物体（冷汇）耦合，使通道内不需要的热光子通过辐射冷却过程自然流入冷汇，从而净化通信线路中的热噪声。

研究人员同时指出，辐射冷却也可能带走本应传输的量子信号。为避免这一问题，团队引入可调耦合器以控制电路不同部分之间的连接强度。钟有鹏将其比作“阀门”：先打开耦合器以清空通道热噪声，再关闭耦合器并快速传输量子信号，以降低通道再次被热噪声影响的风险。

研究团队表示，采用该方案后，通道温度可提升至4 K，同时仍能传输量子态并在远程超导量子比特之间产生纠缠。

初步结果与后续方向

钟有鹏表示，传统基于超导电路的量子通信系统通常要求整个系统始终处于极低温度运行，而该方法有望使微波量子通信在更高温度下工作，从而降低构建大规模超导量子网络的复杂性与成本。

研究团队披露，在初步测试中，当通道温度为1 K时，远程纠缠保真度达到93.6%。钟有鹏称，这一表现与在毫开尔文温区进行的最先进演示相当，并且超过分布式量子纠错所需的接口阈值。他同时指出，4 K温区具有较高冷却功率且成本相对较低，因此具备吸引力。

研究人员还提到，该工作可能为微波到光学转换器的开发提供新思路。这类器件可将微波光子转换为光子，被视为利用光纤实现远距离量子信息传输的关键环节。

在后续研究方面，团队表示当前原型装置尚未能可靠保护量子芯片内部的量子网络免受热噪声影响，而芯片级热噪声是误差的重要来源之一。研究人员希望进一步增强量子处理器对相关噪声的抗干扰能力，并探索更大规模的分布式量子系统，包括连接超导电路与其他量子平台的混合架构。