引  言

在现代光学测量中，干涉技术几乎是所有高精度测量的基础。从引力波探测到天文长基线望远镜阵列，人类对“相位”的测量能力，直接决定了我们能看到多远、分辨多细。然而，当信号进入极弱光子数、长距离分布的场景时，传统干涉方法会遭遇一个根本瓶颈：量子噪声与光子损耗的双重限制。这种限制并非工程问题，而是来源于测量过程本身的量子统计性质，使得跨空间节点的相干测量变得极其困难。

2026年2月25日，来自哈佛大学、麻省理工学院的联合团队在国际权威期刊《Nature》上发表题为“Entanglement-assisted non-local optical interferometry in a quantum network”（量子网络中纠缠辅助的非局域光学干涉测量）的研究论文，M. D. Lukin为论文通讯作者。论文提出了一种新的解决思路：不再依赖直接干涉光场，而是利用分布式量子纠缠，在空间分离的节点之间实现非局域相位测量。首次在固态量子存储器支持下，于公里级尺度实现非局域光学干涉测量，从而突破传统信噪比限制。

一、研究背景

长基线干涉的核心在于通过分布式探测器合成更大的等效孔径，其角分辨率与基线长度成正比。然而，在实际系统中存在两个关键限制：一方面，光子在长距离传输中存在指数级损耗，导致弱光信号在干涉前已显著衰减；另一方面，为避免远距离相干合束，通常采用本地探测与后处理方案，但该方法无法区分单光子信号与真空涨落分量，从而引入额外噪声，使信噪比随光子数线性下降。已有研究表明，利用分布式量子纠缠可以在原理上绕过这一限制，通过将相位信息映射至非局域量子态，实现不依赖光场直接叠加的干涉测量。然而，此前方案多基于全光子体系，缺乏量子存储能力，难以在存在损耗的条件下保持稳定性能。

二、实验系统

本工作构建了基于金刚石硅空位（SiV）色心的双节点量子网络。每个节点包含一个电子自旋与一个硅-29核自旋构成的双量子比特系统，其中： 电子自旋用于光子接口与远程纠缠建立 核自旋作为量子存储器，用于保存相位信息 两个节点的空间间距约为6m，通过光纤链路连接，并通过盘卷光纤将干涉基线扩展至1.55km（对应总光纤长度3.1km）。

图1 基于量子网络的量子存储辅助非局域干涉仪

三、关键技术：纠缠、擦除与预示

图2 SiV间的并行纠缠生成

该实验整合了三项核心技术，实现非局域干涉测量：首先是并行远程纠缠生成。研究采用改进的马赫-曾德尔构型，实现电子自旋与核自旋的并行纠缠制备。在实验中，电子自旋纠缠保真度达到0.83，核自旋纠缠保真度为0.73，在保真度不低于0.5的条件下，纠缠生成速率达到13Hz。

其次是光子模式擦除。通过将信号光与本地振荡光在分束器上干涉，并结合光子数分辨探测与量子反馈操作，消除光子的路径信息，使相位信息能够完整映射至量子存储器。

第三是非局域光子预示。利用预先建立的纠缠态，通过测量电子自旋宇称实现对信号光子的条件性检测，从而在不破坏相位信息的前提下筛选有效事件，并显著抑制由真空涨落引入的噪声贡献。

图3 在单个节点上对两个时间模式中的光子进行擦除与先验指示

四、实验结果：弱光与长基线条件下的性能验证

实验结果表明，该方案在弱光与高损耗条件下均表现出明显优势。

在信噪比方面，无光子预示条件下干涉可见度仅为0.031，且随光子数降低迅速下降；引入非局域光子预示后，平均干涉可见度提升至0.090，约提升近3倍。费舍尔信息分析显示，经典方案信噪比随光子数平方衰减，而量子方案恢复为平方根标度，接近最优测量极限。

图4量子存储辅助干涉测量的实现

在长基线条件下，系统在1.55 km 光纤链路中仍保持稳定运行。此时核自旋贝尔态保真度为0.63，显著高于经典极限（1/3），对应测得的宇称振荡可见度为0.11，成功实现远程非局域相位测量。

图5 干涉仪基线拓展至1.55 km的实验验证

此外，并行纠缠方案显著提升了量子资源制备效率：电子自旋纠缠率在保真度0.79时达到1.9 Hz，核自旋纠缠率为0.25 Hz，相较串行方案提升约7.5倍。

五、总结与意义

该工作的关键在于改变了干涉测量的信息获取方式。传统方案中，相位信息直接依赖于探测到的光子数，因此在存在损耗时性能迅速下降；而在该方案中，相位首先被写入量子存储器，再通过非局域测量读取，使信息获取从“光子统计”转变为“量子关联测量”。

非局域光子预示进一步抑制了真空涨落噪声，使得系统在低光子数条件下仍保持有效信号。这一机制使信噪比恢复至接近理想标度，从而在弱信号极限下实现性能提升。

需要指出的是，实验中仍存在约30% 的误预示概率，主要来源于贝尔态制备误差，在极低光子数条件下会重新引入噪声。这一问题可通过提高纠缠保真度与量子门精度进一步优化。

该实验验证了量子纠缠与量子存储器在克服光子损耗与量子噪声方面的有效性，为量子增强长基线干涉提供了可行路径。其结果表明，非局域干涉可以在避免了跨节点的直接光场合束过程的情况下实现，从而为分布式光学测量、天文观测以及量子增强成像奠定了实验基础。随着量子网络中纠缠分发距离与保真度的持续提升，该类方案有望进一步扩展至更大尺度系统，成为未来高精度光学测量的重要技术方向。

六、参考文献

Stas, PJ., Wei, YC., Sirotin, M. et al. Entanglement-assisted non-local optical interferometry in a quantum network. Nature 651, 326–332 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10171-w