北京
鳳凰網科技訊 2月12日，北京大學物理學院王劍威、龔旗煌團隊與電子學院常林團隊在量子通信領域取得重要技術進展。該聯合團隊在國際學術期刊《自然》（Nature）發表論文，宣布成功研制出全功能集成的量子密鑰發送芯片及光學微腔光頻梳光源芯片，并基于此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（QKD）網絡——“未名量子芯網”。
該研究攻克了量子通信網絡在擴容與小型化方面的技術瓶頸。據論文數據顯示，該網絡實現了20個芯片用戶節點的并行通信，節點間通信距離達到370公里，成功打破了無中繼傳輸的距離界限。在衡量網絡性能的關鍵指標“組網能力”（客戶端對數×通信距離）上，該系統達到了3700公里的水平。這一成果驗證了通過集成光子技術實現大規模、長距離量子保密通信的可行性。
圖1 基于光量子芯片的“未名號”大規模量子密鑰分發網絡：a，雙場量子密鑰分發芯片網絡架構。b,20個QKD芯片和微梳光源芯片實物照片。
在硬件架構方面，研究團隊采用了磷化銦（InP）和氮化硅（SiN）的混合材料體系。中心服務器節點部署了氮化硅光學微腔頻率梳作為種子光源，利用自注入鎖定技術，產生了線寬僅為40 Hz（赫茲）量級的超低噪聲相干暗脈沖頻率梳，替代了傳統方案中復雜的桌面級激光器。用戶端則采用了20枚全集成的磷化銦光量子芯片，單芯片集成了激光器、調制器等關鍵模塊。測試結果顯示，芯片關鍵器件的良率達到97.5%，并在晶圓級制造工藝下保持了高度的一致性。
此次研究采用的是雙場量子密鑰分發（TF-QKD）協議，結合波分復用技術，有效解決了多用戶網絡中的信號干擾與相位追蹤難題。實驗表明，即便在370公里的長距離光纖傳輸中，系統仍能維持低誤碼率運行，且碼率突破了線性界的理論極限。該技術路線為未來降低量子通信設備成本、提升網絡擴展性提供了新的芯片級解決方案。
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