2026年1月5日，《自然·通讯》发表的《Low-noise optomechanical single phonon-photon conversion for quantum networks》一文，由代尔夫特理工大学Simon Gröblacher团队（第一作者Liu Chen）完成，标志着量子网络中跨系统信息传输的核心技术实现了里程碑式进展。这一成果解决了长期困扰量子通信的“接口兼容”难题——通过光机械系统实现单声子与单光子的低噪声转换，为构建跨平台的混合量子网络提供了可行方案。

量子网络的核心是连接不同类型的量子节点（如超导电路、金刚石自旋、原子系综），但这些节点的量子态载体（如微波光子、自旋、声子）往往“语言不通”。例如：

- 超导量子计算机依赖微波光子（频率~GHz）处理信息，但微波在光纤中传输损耗极大（千米级衰减超99%）；

- 长距离量子通信依赖** telecom波段光子**（1.55μm，光纤损耗仅0.2dB/km），但无法直接与超导系统交互；

- 量子存储器（如金刚石自旋）则常以声子（机械振动量子）为信息载体，需与光子态相互转换。

传统转换方案（如非线性光学）要么效率低下，要么噪声过高（引入额外量子扰动），无法满足量子网络的“确定性、低噪声”需求。而光机械系统通过辐射压力实现光与机械振动的耦合，天然适合作为不同量子系统的“翻译器”。

实验突破：低噪声与高保真的转换机制

Gröblacher团队采用二维硅光机械晶体（OMC） 作为核心器件，其设计亮点在于：

1. 结构创新：抑制热噪声

传统光机械晶体（如悬浮纳米梁）因热隔离性差，激光吸收会导致机械模式热占据数升高（噪声来源）。该团队通过“机械解耦的光学波导侧耦合”设计，将声学谐振器的加热速率降低了6倍，在毫开尔文温度下实现声子占据数接近基态（<0.25量子噪声）。

2. 高效转换：单声子-光子的相干传递

实验中，声子（GHz频段机械振动）通过辐射压力耦合到光学腔模，转化为telecom波段单光子（1.55μm），转换效率达到93.1%±0.8%，且添加噪声仅0.25±0.01量子数——这是目前已知同类器件的最优性能。

3. 带宽可调：适配不同量子节点

该器件的光子带宽可在100kHz到数百MHz间调控，能匹配不同量子存储器（如原子系综、固态自旋）的带宽需求，为量子中继协议提供了灵活的接口。

技术价值：量子网络的“通用总线”

这一成果的核心意义在于实现了“量子级”的跨系统态传输：

- 连接超导与光纤网络：超导电路的微波量子态可先转换为声子，再通过该器件转为telecom光子，实现长距离传输；

- 量子存储器接口：声子可作为量子存储的中间态（如金刚石自旋的声子辅助读写），通过该器件与光子态互转；

- 纠缠分发：低噪声特性确保转换过程中量子纠缠得以保持，为构建分布式量子计算网络提供了基础。

此前，类似转换的噪声往往超过1量子数，无法满足量子纠错的要求；而该工作的噪声水平已接近“量子极限”，首次让单声子-光子转换具备了实用化潜力。

信息来源：“一直奇怪”微信公众号