北京大學物理學院與電子學院聯(lián)合團隊在量子通信領域取得重大突破，相關成果發(fā)表于國際頂級學術期刊《自然》。該團隊由現(xiàn)代光學研究所王劍威教授、龔旗煌教授與電子學院常林研究員領銜，成功構(gòu)建全球首個基于集成光量子芯片的大規(guī)模量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡——“未名量子芯網(wǎng)”。這一成果標志著我國在實用化量子保密通信網(wǎng)絡建設方面邁出關鍵一步，為未來實現(xiàn)遠距離、多用戶、大規(guī)模量子通信提供了核心芯片級解決方案。

研究團隊創(chuàng)新性地研制出全功能集成的高性能量子密鑰發(fā)送芯片與光學微腔光頻梳光源芯片。其中，磷化銦基QKD芯片單片集成了激光器、調(diào)制器、衰減器及密鑰編解碼等核心模塊，實現(xiàn)了晶圓級制造與97.5%的器件良率；氮化硅微腔光頻梳芯片則通過自注入鎖定技術，在通信波段產(chǎn)生線寬僅40赫茲的超低噪聲相干暗脈沖頻率梳，為多用戶量子信號傳輸提供了穩(wěn)定基準。基于這兩類芯片構(gòu)建的“未名量子芯網(wǎng)”支持20個用戶并行通信，兩兩通信距離達370公里，組網(wǎng)能力（客戶端對數(shù)×通信距離）達3700公里，各項指標均居國際領先水平。

該系統(tǒng)采用波分復用技術，通過單根光纖實現(xiàn)多用戶量子信號與參考光的共纖傳輸。在中心服務器節(jié)點，高品質(zhì)因子氮化硅微腔光頻梳作為種子光源陣列，經(jīng)下行光纖將梳狀譜線分發(fā)至各用戶節(jié)點；用戶端磷化銦芯片基于注入鎖定技術復制種子光頻率相位，完成量子態(tài)編碼后通過上行光纖返回服務器端進行單光子干涉測量。實驗表明，系統(tǒng)在204公里和370公里上行鏈路條件下均實現(xiàn)低誤碼率運行，并在370公里處突破無中繼線性碼率極限，相對理論上限提升最高達251.4%。更長的下行鏈路測試（等效490公里閉環(huán)光纖干涉儀）驗證了方案在實際網(wǎng)絡中的穩(wěn)定性。

研究團隊通過優(yōu)化濾波方案，將多波長共纖傳輸帶來的線性串擾和非線性拉曼噪聲壓低至接近探測器暗計數(shù)水平。對20個用戶芯片上120個相位調(diào)制器的測試顯示，平均半波電壓約5.8伏，干涉消光比超過33分貝，器件性能高度一致。這一成果不僅驗證了磷化銦與氮化硅材料體系在光量子芯片制造中的優(yōu)越性，更證明了晶圓級工藝具備低成本規(guī)?；a(chǎn)潛力，為構(gòu)建實用化量子通信網(wǎng)絡奠定了技術基礎。

我國在量子通信領域已形成全球引領優(yōu)勢，此前在量子衛(wèi)星密鑰分發(fā)及天地一體化網(wǎng)絡方面取得多項重大突破。此次基于集成光量子芯片的雙場量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡研究，通過芯片化手段解決了傳統(tǒng)分立器件系統(tǒng)架構(gòu)復雜、穩(wěn)定性差等難題，為量子通信技術從實驗室走向?qū)嶋H應用開辟了新路徑。該成果有望推動量子保密通信在金融、政務、國防等領域的規(guī)?；渴穑ξ覈鴵屨剂孔涌萍紘H競爭制高點。