要实现大规模量子通信，芯片化集成是关键方向。经过6年多技术攻关，北京大学教授王剑威、龚旗煌与研究员常林团队研制出两款核心芯片，成功构建全球首个基于集成光量子芯片的大规模量子密钥分发网络——“未名量子芯网”。相关论文于北京时间12日刊发在《自然》上。
双场量子密钥分发（TF-QKD）兼具测量设备无关的安全性与超长距离传输优势，我国科学家已实现光纤中千公里级点对点密钥分发。然而，TF-QKD的实现高度依赖远程独立激光源之间稳定的单光子干涉，对光源噪声抑制及全局相位的高精度锁定与追踪提出了极高要求，现有实验大多仍基于体块或分立光纤器件，且多数为两用户点对点系统。
量子密钥分发芯片（QKD芯片）是实现量子通信系统小型化、设备实用化和网络规模化的重要路径之一。研究团队此次研发出的两款芯片，一款是服务器端的光学微腔光频梳光源芯片，能产生超低噪声的相干光源，为整个网络提供统一的“频率基准”，保障所有用户通信的同步性；另一款是用户端的量子密钥发送芯片，将激光器、调制器、密钥编解码等所有关键功能进行集成，实现了全功能一体化。
在此基础上，研究团队构建了“未名量子芯网”。该网络解决了此前量子通信网络用户少、距离有限、设备复杂的痛点，可支持20个芯片用户同时并行通信，任意两个用户之间的通信距离能达到370公里，并打破了无中继通信的技术界限，组网能力达到3700公里，实现了多用户、长距离的量子通信突破。这一突破让量子通信向实用化、规模化迈出关键一步，相关技术指标达到国际领先水平。
值得一提的是，团队的光量子芯片在晶圆级制备中具备高度均一性和高良率，有望实现低成本批量生产，对构建大规模量子通信网络具有关键意义。
《自然》期刊审稿人认为，这是量子芯片与量子网络领域的重大突破，其所展示的量子芯片网络具备显著的大规模扩展能力，将对量子通信领域产生重要影响。
王剑威表示，这是国际上20余年来首次展示基于光量子芯片的量子密钥分发网络。团队还将继续推动量子通信芯片网络与量子计算芯片的融合研究，为构建集成化、实用化量子信息技术体系奠定基础。（记者张盖伦）
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