全球首個(gè)！北大科研團(tuán)隊(duì)建成大規(guī)模集成光量子通信芯片網(wǎng)絡(luò)

  ICC訊   想要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子通信，芯片化集成是關(guān)鍵方向。經(jīng)過六年多技術(shù)攻關(guān)，北京大學(xué)王劍威教授、龔旗煌教授與常林研究員團(tuán)隊(duì)研制出兩款核心芯片，成功構(gòu)建全球首個(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)——“未名量子芯網(wǎng)”。相關(guān)研究成果以《Large-scale quantum communication networks with integrated photonics》為題目，發(fā)在《自然》期刊上。

  雙場量子密鑰分發(fā)（TF-QKD）兼具測量設(shè)備無關(guān)的安全性與超長距離傳輸優(yōu)勢，我國科學(xué)家已實(shí)現(xiàn)光纖中千公里級(jí)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)密鑰分發(fā)。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(duì)光源噪聲抑制及全局相位的高精度鎖定與追蹤提出了極高要求，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)大多仍基于體塊或分立光纖器件，且多數(shù)為兩用戶點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)。

  基于光量子芯片的“未名號(hào)”大規(guī)模量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)

  量子密鑰分發(fā)芯片（QKD芯片）是實(shí)現(xiàn)量子通信系統(tǒng)小型化、設(shè)備實(shí)用化和網(wǎng)絡(luò)規(guī)?；闹匾窂街弧Ｑ芯繄F(tuán)隊(duì)此次研發(fā)出了兩款芯片，一款是服務(wù)器端的光學(xué)微腔光頻梳光源芯片，能產(chǎn)生超低噪聲的相干光源，為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)提供統(tǒng)一的“頻率基準(zhǔn)”，保障所有用戶通信的同步性；另一款是用戶端的量子密鑰發(fā)送芯片，將激光器、調(diào)制器、密鑰編解碼等所有關(guān)鍵功能進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)了全功能一體化。

  在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了“未名量子芯網(wǎng)”。該網(wǎng)絡(luò)解決了此前量子通信網(wǎng)絡(luò)用戶少、距離有限、設(shè)備復(fù)雜的痛點(diǎn)，可支持20個(gè)芯片用戶同時(shí)并行通信，任意兩個(gè)用戶之間的通信距離能達(dá)到370公里，還打破了無中繼通信的技術(shù)界限，組網(wǎng)能力達(dá)到3700公里，實(shí)現(xiàn)了多用戶、長距離的量子通信突破。這一突破讓量子通信向?qū)嵱没?、?guī)模化邁出關(guān)鍵一步，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

  值得一提的是，團(tuán)隊(duì)的光量子芯片在晶圓級(jí)制備中具備高度均一性和高良率，有望實(shí)現(xiàn)低成本的批量生產(chǎn)，對(duì)構(gòu)建大規(guī)模量子通信網(wǎng)絡(luò)具有關(guān)鍵意義。

  《自然》期刊的審稿人認(rèn)為，這是量子芯片與量子網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的重大突破，其所展示的量子芯片網(wǎng)絡(luò)具備顯著的大規(guī)模擴(kuò)展能力，將對(duì)量子通信領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響。

  王劍威表示，這是國際上20余年來首次展示基于光量子芯片的量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)。團(tuán)隊(duì)還將繼續(xù)推動(dòng)量子通信芯片網(wǎng)絡(luò)與量子計(jì)算芯片的融合研究，為構(gòu)建集成化、實(shí)用化的量子信息技術(shù)體系奠定基礎(chǔ)。

  論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10152-z