宾夕法尼亚大学的工程师团队在2025年8月宣布，他们首次使用日常互联网的通信协议，在商用光纤上成功传输了量子信号。

这项研究成果发表在《科学》杂志上，标志着量子通信从实验室走向实际应用迈出了关键一步。

测试在Verizon公司园区内一条长达一公里的商用光纤上完成。 这条光纤连接两栋建筑的节点设备，全程运行稳定高效，传输保真度超过97%。

这意味着量子信号能够以极高的可靠性在现有网络基础设施上传输，无需重新铺设专用线路。

实现这一突破的核心是一款名为“Q芯片”的微型器件。 这款由宾夕法尼亚大学自主研发的硅基集成芯片，专门用于协调传统信号与量子信号。

其全称是“光子量子-经典混合互联网芯片”，能够将标准光信号与微弱量子信号整合打包，在城市级光纤网络中实现共传。

量子信号传输长期以来面临巨大挑战，根源在于量子态的极端脆弱性。 一旦被测量，量子粒子就会失去其独特的叠加和纠缠特性。

这类似于薛定谔的思想实验，在未打开盒子前，猫处于“既生又死”的叠加态；一旦观测，状态即刻确定。

为解决这一难题，研究团队创新性地提出了“列车式”传输策略。 他们将量子信号与常规光信号绑定传输，其中经典信号如同牵引列车的“引擎”，负责路径选择与导航。

量子信号则作为“车厢”携带信息同行，在整个过程中始终未被测量。

由于经典信号的头部信息可以被测量，整个系统能够遵循现有的互联网协议，实现与当前互联网架构的无缝兼容。

这种设计使得量子信息能够融入人们熟悉的IP框架，与经典互联网实现“对话”。

在真实环境中的应用挑战远超过实验室条件。 温度变化、车辆经过的震动、甚至地震，都可能干扰光纤传输。

研究团队开发了纠错方法，通过观察经典信号受到的干扰，反过来推算出量子信号需要做哪些补偿。

测试结果显示，该系统的量子信号传输保真度超过97%，有效克服了实验室外噪声和不稳定因素。

由于Q芯片采用硅基材料并基于成熟的半导体工艺制造，具备大规模生产潜力，为技术的广泛应用提供了现实基础。

目前这一网络仅连接了两栋建筑，包含一台服务器和一个节点，使用约一公里的光纤。 研究人员表示，如果要扩展网络，只需制造更多芯片，将其接入城市现有的光纤网络即可。

这项研究由宾大工程与应用科学学院完成，并获得了戈登与贝蒂・摩尔基金会、美国海军研究办公室、美国国家科学基金会等机构的资助。

研究人员将这一突破的历史意义与90年代互联网刚起步时的情形相提并论，当时各个大学开始把网络连通起来，拉开了数字化转型的大幕。

量子通信基于量子纠缠原理，粒子之间表现出极强的相关性，改变其中一个会瞬时影响另一个。

利用这一现象，量子计算机能够实现互联与资源共享，带来诸如高效药物与新材料开发等突破，其计算能力可能超越现有超级计算机。

尽管取得了突破，量子网络要扩展出都市圈，仍面临一个重大障碍：目前无法在不破坏纠缠状态的情况下放大量子信号。

实现量子信号的长距离重复传输，仍是构建城市间乃至更远距离量子互联网连接的必要前提。

该项目的一位博士生罗伯特・布罗伯格解释说：“常规网络会通过测量数据来引导其抵达最终目的地，纯量子网络无法这样操作，因为对量子粒子的测量会直接破坏其量子态。 ”

团队开发了Q芯片来协调由普通光信号和量子粒子组成的混合信息流。这种机制类似于铁路运输：经典信号如同火车头，负责牵引和导航，而量子信息则如同密封的集装箱，内部状态不可观测，但能被安全送达目的地。

研究人员首次在商用光纤上证明，这种Q芯片不仅能发送量子信号，还能自动校正传输过程中的噪声，将量子与经典数据打包成标准的互联网式数据包，并使用与现有网络相同的寻址系统和管理工具进行路由。

这项技术的价值在于它为量子互联网的实用化指明了可行路径。 其兼容性降低了未来量子网络部署的成本与复杂度，避免了重建全新网络的高昂投入。

一旦技术成熟，基于此架构的量子加密通信，将为金融、国防、医疗等对数据安全要求极高的领域提供更强保障。