我科研人員構建全球首個大規模量子通信芯片網絡

要實現大規模量子通信，芯片化集成是關鍵方向。經過6年多技術攻關，北京大學教授王劍威、龔旗煌與研究員常林團隊研制出兩款核心芯片，成功構建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”。相關論文于北京時間12日刊發在《自然》上。

雙場量子密鑰分發（TF-QKD）兼具測量設備無關的安全性與超長距離傳輸優勢，我國科學家已實現光纖中千公里級點對點密鑰分發。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，對光源噪聲抑制及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。

量子密鑰分發芯片（QKD芯片）是實現量子通信系統小型化、設備實用化和網絡規模化的重要路徑之一。研究團隊此次研發出的兩款芯片，一款是服務器端的光學微腔光頻梳光源芯片，能產生超低噪聲的相干光源，為整個網絡提供統一的“頻率基準”，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送芯片，將激光器、調制器、密鑰編解碼等所有關鍵功能進行集成，實現了全功能一體化。

在此基礎上，研究團隊構建了“未名量子芯網”。該網絡解決了此前量子通信網絡用戶少、距離有限、設備復雜的痛點，可支持20個芯片用戶同時并行通信，任意兩個用戶之間的通信距離能達到370公里，并打破了無中繼通信的技術界限，組網能力達到3700公里，實現了多用戶、長距離的量子通信突破。這一突破讓量子通信向實用化、規模化邁出關鍵一步，相關技術指標達到國際領先水平。

值得一提的是，團隊的光量子芯片在晶圓級制備中具備高度均一性和高良率，有望實現低成本批量生產，對構建大規模量子通信網絡具有關鍵意義。

《自然》期刊審稿人認為，這是量子芯片與量子網絡領域的重大突破，其所展示的量子芯片網絡具備顯著的大規模擴展能力，將對量子通信領域產生重要影響。

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網絡。團隊還將繼續推動量子通信芯片網絡與量子計算芯片的融合研究，為構建集成化、實用化量子信息技術體系奠定基礎。

來源：科技日報