北京大學物理學院與電子學院的研究團隊近日取得重大突破，在國際頂級學術期刊《自然》上發表了關于大規模量子通信網絡的研究成果。這項名為“基于集成光量子芯片的大規模量子通信網絡”的研究，首次實現了基于量子密鑰分發芯片（QKD芯片）的量子網絡構建，標志著量子通信技術向實用化、規模化邁出了關鍵一步。

研究團隊成功開發出全功能集成的高性能量子密鑰發送芯片和光學微腔光頻梳光源芯片，并以此為基礎構建了全球首個基于集成光量子芯片的大規模量子密鑰分發網絡——“未名量子芯網”。該網絡支持20個芯片用戶同時進行通信，兩兩用戶之間的通信距離達到370公里，突破了無中繼傳輸的界限，組網能力（客戶端對數×通信距離）達到3700公里，在用戶規模和組網能力上均達到國際領先水平。

量子密鑰分發基于量子力學原理，能夠實現理論上無條件安全的通信。我國在量子衛星密鑰分發和天地一體化量子網絡領域已取得一系列重大成果，處于全球領先地位。其中，雙場量子密鑰分發（TF-QKD）因其兼具測量設備無關的安全性和超長距離傳輸優勢，被視為實現規模化量子通信網絡的重要方案之一。然而，TF-QKD的實現高度依賴遠程獨立激光源之間穩定的單光子干涉，對光源噪聲抑制和全局相位的高精度鎖定與追蹤提出了極高要求，現有實驗大多仍基于體塊或分立光纖器件，且多數為兩用戶點對點系統。

北京大學團隊在該領域長期深耕，此前已實現多項國際領先成果，包括兩芯片間的量子糾纏分發與量子隱形傳態、多芯片間的高維糾纏量子網絡，以及適用于空間光量子通信的渦旋光糾纏芯片等。此次研究在國際上首次實現了基于QKD芯片的量子網絡，也是自2004年QKD芯片概念提出以來，首個發表于《自然》或《科學》正刊的該領域研究成果。

研究團隊表示，基于光量子芯片的量子密鑰分發網絡有望在規模、通信距離、系統功能與集成度等方面持續提升。通過進一步發展晶圓級先進異質異構集成技術，服務器端有望集成單光子探測、頻率轉換及線性光學處理等多種功能模塊，從而顯著增強網絡的整體連通性、可重構性與可擴展性。北京大學集成量子光學實驗室除在量子網絡方向開展研究外，也長期致力于光量子計算與量子模擬等相關領域。