近日，中国科学技术大学潘建伟、张强等与济南量子技术研究院陈玖朋等合作，提出一种"多波长联合相位锁定"架构，并结合贝叶斯相位估计，在两个相互独立的单离子（⁴⁰Ca⁺）量子节点之间实现了跨节点、达到散粒噪声极限的高精度相位锁定，为可扩展量子网络节点的远程互连提供了关键技术支撑。

该项研究工作中，赋同量子的超导纳米线单光子探测器（SNSPD）作为核心单光子探测设备，在纠缠预报、光纤链路相位追踪和整体残余相位追踪中承担了关键的单光子信号探测任务。相关成果以"Bayesian Phase Stabilization at the Shot-Noise Limit for Scalable Quantum Networks"为题，于2026年10月14日发表在国际权威物理学期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。

01 研究概述

在构建远程量子纠缠时，基于散射光子的单光子干涉方案只需探测单个光子，就能消除路径可分辨性并建立纠缠，相比需要两光子符合测量的方案，更能抵抗信道损耗。但这条路线的核心瓶颈，是跨节点的高精度相位锁定。

一方面，散射光子会"继承"操控激光、变频泵浦光以及长光纤一路累积的复合相位，必须对整个链路统一追踪；另一方面，离子节点需要执行复杂的脉冲时序，用于追踪相位的参考光只能在"空闲时段"稀疏注入，并且必须非常弱，否则会干扰脆弱的量子存储态。光越弱，光子到达的随机涨落越明显——这就是散粒噪声，它限制了相位估计的速度和精度。传统最大似然估计在这种"光子饥饿"条件下面临精度与延迟难以兼顾的困境。

02 研究内容

图1. (a) 跨节点相位追踪实验装置图；(b) 操控与探测时序图；(c) 基于贝叶斯估计的相位反馈控制系统示意图（Credit: Physical Review Letters）

针对上述难题，研究团队基于两个远程单离子节点（Alice 与 Bob），搭建了"时分-波分"双波段联合相位追踪架构，并发展了实时贝叶斯相位估计技术。通俗地说，贝叶斯估计就像"结合经验与新线索"，在极低信噪比下最大化提取有效信息并实时修正判断。

在时间上（TDM），团队让 729 nm 与 854 nm 操控光通过和频产生 393 nm 参考光脉冲，在冷却等空闲时段与离子散射光交替发射，占空比不超过 6.5%；参考光复用操控光的初相位，并经历相同的 527 nm 泵浦量子频率转换至 1550 nm 通信波段，从而原位追踪整个系统的复合相位。在频率上（WDM），引入一束失谐约 2 nm 的 1548 nm 连续弱参考光，实时捕捉并补偿光纤链路的快速抖动。两路信号最终都在中心站 Charlie 处干涉，并由超导纳米线单光子探测器完成探测，FPGA 将带时间标记的光子探测事件实时转换为相位估计，再通过声光调制器反馈校正。

图2. 传统最大似然估计（粉色）与贝叶斯估计（蓝色）的残余相位方差对比（Credit: Physical Review Letters）

理论与实验均表明，贝叶斯估计的残余相位方差随光子通量按 μ^-1/2 标度，达到追踪散粒噪声极限；而传统方法在短积分时间下方差发散。在约 1 MHz 的探测光子计数率下，系统在10 公里与100 公里光纤链路上的干涉可见度分别达到 97.98% 与 97.49%（均超过 97%），离子-离子纠缠宇称对比度超过 85%；占空比降至 2% 时仍能保持散粒噪声极限性能，彻底消除了传统方法中频繁出现的失锁现象。基于此，研究实现了 10 公里有限码长安全分析的设备无关量子密钥分发，以及 100 公里下的正渐近密钥率；10 公里下的存储-存储纠缠寿命超过建立纠缠所需的平均时间，满足量子中继的基本要求。

图3. 实验结果：(a) 可见度与宇称对比度随光纤距离的变化；(b) 残余相位方差与可见度随探测光子通量的变化；(c) 可见度随TDM占空比的变化（Credit: Physical Review Letters）

03 赋同量子超导纳米线单光子探测器

在这项研究中，赋同量子超导纳米线单光子探测器（SNSPD）承担了三类关键探测任务：一是在 Charlie 站对来自两节点的 1550 nm 单光子进行干涉测量，以"两个输出端口中有且仅有一个响应"预报远程离子纠缠；二是探测 1548 nm 波分复用参考光（每路约 2 MHz），实时追踪光纤链路相位；三是探测 1550 nm 时分复用参考光（每路低于 600 kHz），追踪系统整体残余相位。整套贝叶斯相位估计直接以探测器输出的带时间标记的单光子事件为输入——探测器的高探测效率让稀少的参考光子"颗颗有用"，低暗计数保证了极弱信号下的信噪比，低时间抖动与长期稳定运行则为跨节点高可见度干涉和长时间连续实验提供了可靠保障。

赋同量子超导纳米线单光子探测器具备系统探测效率 ≥ 95%、暗计数 ≤ 10 cps等性能，可广泛应用于量子通信、量子计算与量子网络、激光雷达和深空光通信等领域。

此次研究成果，不仅验证了在极弱参考光、低占空比条件下实现跨节点散粒噪声极限相位锁定的可行路径，更为构建可扩展量子中继、迈向未来量子网络奠定了技术基础。赋同量子 SNSPD 在该实验中的稳定应用，也体现了国产高端单光子探测器在前沿量子信息研究中的可靠性与竞争力。

04 结论

量子网络是量子信息技术走向规模化应用的重要方向，而远程节点间的高精度相位稳定是实现高效单光子干涉互连的关键一环。该研究提出的贝叶斯相位稳定框架以最少的参考光子预算保护脆弱的量子态，并对非理想的关联相位噪声表现出良好的鲁棒性，有望进一步拓展至天文干涉测量、精密计量等弱信号场景。

赋同量子也将持续深耕超导单光子探测技术，为更多前沿科学研究与产业应用提供核心器件与系统支持，助力量子信息等前沿领域稳步发展。