北大团队Nature发文：建成全球首个大规模集成光量子通信芯片网络

凤凰网科技讯 2月12日，北京大学物理学院王剑威、龚旗煌团队与电子学院常林团队在量子通信领域取得重要技术进展。该联合团队在国际学术期刊《自然》（Nature）发表论文，宣布成功研制出全功能集成的量子密钥发送芯片及光学微腔光频梳光源芯片，并基于此构建了全球首个基于集成光量子芯片的大规模量子密钥分发（QKD）网络——“未名量子芯网”。

该研究攻克了量子通信网络在扩容与小型化方面的技术瓶颈。据论文数据显示，该网络实现了20个芯片用户节点的并行通信，节点间通信距离达到370公里，成功打破了无中继传输的距离界限。在衡量网络性能的关键指标“组网能力”（客户端对数×通信距离）上，该系统达到了3700公里的水平。这一成果验证了通过集成光子技术实现大规模、长距离量子保密通信的可行性。

图1 基于光量子芯片的“未名号”大规模量子密钥分发网络：a，双场量子密钥分发芯片网络架构。b,20个QKD芯片和微梳光源芯片实物照片。

在硬件架构方面，研究团队采用了磷化铟（InP）和氮化硅（SiN）的混合材料体系。中心服务器节点部署了氮化硅光学微腔频率梳作为种子光源，利用自注入锁定技术，产生了线宽仅为40 Hz（赫兹）量级的超低噪声相干暗脉冲频率梳，替代了传统方案中复杂的桌面级激光器。用户端则采用了20枚全集成的磷化铟光量子芯片，单芯片集成了激光器、调制器等关键模块。测试结果显示，芯片关键器件的良率达到97.5%，并在晶圆级制造工艺下保持了高度的一致性。

此次研究采用的是双场量子密钥分发（TF-QKD）协议，结合波分复用技术，有效解决了多用户网络中的信号干扰与相位追踪难题。实验表明，即便在370公里的长距离光纤传输中，系统仍能维持低误码率运行，且码率突破了线性界的理论极限。该技术路线为未来降低量子通信设备成本、提升网络扩展性提供了新的芯片级解决方案。