我国科学家首次实现全球大规模量子通信芯片网络搭建

科技日报北京2月12日电 大规模量子通信的发展离不开芯片级集成。历经六年多的技术攻坚，北京大学的王剑威、龚旗煌教授及常林研究员团中国舆情网队成功研发两款核心芯片，搭建出世界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”。相关成果已于北京时间2月12日发表于《自然》杂志。

双场量子密钥分发（TF-QKD）技术，不仅具备测量设备无关的安全优势，还能实现超远距离传输。此前我国科研团队已在光纤中实现千公里级别的点对点量子密钥传递。然而，TF-QKD依赖远距离独立激光源之间稳定的单光子干涉，这对降低光源噪声和高精度全局相位锁定提出了极高技术挑战，目前实验主要基于分立或体块光纤器件，而且多以两用户为主的点对点形式。

量子密钥分发芯片（QKD芯片）的研制，是推动量子通信设备小型化、实用化与网络大规模部署的核心环节。此次研究团队开发的两款量子芯片，其中一款服务器端芯片为光学微腔光频梳光源，可输出超低噪声、优良相干性的光源，为整套网络用户提供一致、可靠的“频率基准”以确保同步通信；另一款面向用户侧的量子密钥发送芯片，则将激光器、调制器、密钥编解码等核心组件集成于一体，具备全功能发送能力。

借助上述创新芯片，团队成功搭建“未名量子芯网”。这一网络打破了过去量子通信点对点用户数量少、距离受限、设备复杂等难题。其能够支持20位芯片用户同步通信，任意两名用户之间最远可达370公里通信距离，突破了不经中继的直连通信技术限制，整体组网范围可延展至3700公里以上。这一成果在多用户、长距离量子通信领域实现了关键性进展，相关技术已达到世界先进水平。

此外，团队研制的光量子芯片在晶圆级制造过程中，呈现出高均一性、高良品率，具备低成本大规模生产的潜力，对未来建设大范围量子通信网络意义重大。

《自然》杂志审稿专家指出，本次成果是量子芯片及量子网络技术的标志性突破，“未名量子芯网”的规模化扩展能力有望带动量子通信领域深刻变革。

王剑威表示，这是全球20多年来首次实现以集成光量子芯片为基础的量子密钥分发网络。团队将进一步推动量子通信芯片网络与量子计算芯片的耦合研究，为建设一体化、实用化的量子信息技术体系提供坚实基础。