北京大學(xué)物理學(xué)院與電子學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)近日取得重大突破，其聯(lián)合研發(fā)的“未名量子芯網(wǎng)”成為全球首個(gè)基于集成光量子芯片的大規(guī)模量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)。該成果發(fā)表于國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》，標(biāo)志著我國在量子通信領(lǐng)域再次實(shí)現(xiàn)技術(shù)跨越。研究團(tuán)隊(duì)成功研制出全功能集成的高性能量子密鑰發(fā)送芯片與光學(xué)微腔光頻梳光源芯片，支持20個(gè)用戶并行通信，兩兩通信距離達(dá)370公里，組網(wǎng)能力（客戶端對數(shù)×通信距離）突破3700公里，在用戶規(guī)模與組網(wǎng)能力上均達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

量子密鑰分發(fā)基于量子力學(xué)原理，可實(shí)現(xiàn)理論上無條件安全的通信。我國在量子衛(wèi)星密鑰分發(fā)及天地一體化量子網(wǎng)絡(luò)方面已取得全球引領(lǐng)地位，其中雙場量子密鑰分發(fā)（TF-QKD）因其兼具測量設(shè)備無關(guān)的安全性與超長距離傳輸優(yōu)勢，被視為實(shí)現(xiàn)規(guī)?；孔油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)的重要方案。然而，TF-QKD的實(shí)現(xiàn)高度依賴遠(yuǎn)程獨(dú)立激光源之間穩(wěn)定的單光子干涉，對光源噪聲抑制及全局相位的高精度鎖定與追蹤提出極高要求?，F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)大多基于體塊或分立光纖器件，且多為兩用戶點(diǎn)對點(diǎn)系統(tǒng)，難以滿足大規(guī)模組網(wǎng)需求。

研究團(tuán)隊(duì)通過集成光量子芯片技術(shù)，突破了傳統(tǒng)方案的局限性。他們研制的氮化硅微腔光頻梳種子激光光源芯片與全集成的磷化銦QKD用戶發(fā)送端芯片，實(shí)現(xiàn)了光源噪聲抑制、頻率噪聲功率譜密度控制等關(guān)鍵性能的優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，用戶端本地片上激光器的波長調(diào)諧范圍覆蓋通信需求，片上調(diào)制器的半波電壓與調(diào)制深度達(dá)到國際先進(jìn)水平，為多用戶并行通信提供了硬件支撐。

該成果并非一蹴而就。北京大學(xué)團(tuán)隊(duì)在量子通信領(lǐng)域深耕多年，此前已實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)國際領(lǐng)先成果：2020年，兩芯片間實(shí)現(xiàn)量子糾纏分發(fā)與量子隱形傳態(tài)；2023年，構(gòu)建多芯片間的高維糾纏量子網(wǎng)絡(luò)；2025年，研制適用于空間光量子通信的渦旋光糾纏芯片。此次“未名量子芯網(wǎng)”的落地，標(biāo)志著QKD芯片從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵱没~出關(guān)鍵一步。研究團(tuán)隊(duì)指出，通過發(fā)展晶圓級先進(jìn)異質(zhì)異構(gòu)集成技術(shù)，未來服務(wù)器端有望集成單光子探測、頻率轉(zhuǎn)換及線性光學(xué)處理等功能模塊，進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)的可重構(gòu)性與可擴(kuò)展性。

這一突破性進(jìn)展得益于多學(xué)科交叉與產(chǎn)學(xué)研協(xié)同。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、“量子通信與量子計(jì)算機(jī)”國家科技重大專項(xiàng)等項(xiàng)目支持，并聯(lián)合北京量子信息科學(xué)研究院、山西大學(xué)極端光學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心等機(jī)構(gòu)共同完成。相關(guān)論文已發(fā)表于《自然》，為量子通信領(lǐng)域提供了新的技術(shù)路徑與理論參考。