北京大學(xué)物理學(xué)院與電子學(xué)院聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在量子通信領(lǐng)域取得重大突破，相關(guān)成果發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》。該團(tuán)隊(duì)由現(xiàn)代光學(xué)研究所王劍威教授、龔旗煌教授與電子學(xué)院常林研究員領(lǐng)銜，成功構(gòu)建全球首個(gè)基于集成光量子芯片的大規(guī)模量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)——“未名量子芯網(wǎng)”。這一成果標(biāo)志著我國(guó)在實(shí)用化量子保密通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面邁出關(guān)鍵一步，為未來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、多用戶、大規(guī)模量子通信提供了核心芯片級(jí)解決方案。

研究團(tuán)隊(duì)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(xué)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(shí)現(xiàn)了晶圓級(jí)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(shù)，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(hào)傳輸提供了穩(wěn)定基準(zhǔn)。基于這兩類芯片構(gòu)建的“未名量子芯網(wǎng)”支持20個(gè)用戶并行通信，兩兩通信距離達(dá)370公里，組網(wǎng)能力（客戶端對(duì)數(shù)×通信距離）達(dá)3700公里，各項(xiàng)指標(biāo)均居國(guó)際領(lǐng)先水平。

該系統(tǒng)采用波分復(fù)用技術(shù)，通過單根光纖實(shí)現(xiàn)多用戶量子信號(hào)與參考光的共纖傳輸。在中心服務(wù)器節(jié)點(diǎn)，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(diǎn)；用戶端磷化銦芯片基于注入鎖定技術(shù)復(fù)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(wù)器端進(jìn)行單光子干涉測(cè)量。實(shí)驗(yàn)表明，系統(tǒng)在204公里和370公里上行鏈路條件下均實(shí)現(xiàn)低誤碼率運(yùn)行，并在370公里處突破無(wú)中繼線性碼率極限，相對(duì)理論上限提升最高達(dá)251.4%。更長(zhǎng)的下行鏈路測(cè)試（等效490公里閉環(huán)光纖干涉儀）驗(yàn)證了方案在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的穩(wěn)定性。

研究團(tuán)隊(duì)通過優(yōu)化濾波方案，將多波長(zhǎng)共纖傳輸帶來(lái)的線性串?dāng)_和非線性拉曼噪聲壓低至接近探測(cè)器暗計(jì)數(shù)水平。對(duì)20個(gè)用戶芯片上120個(gè)相位調(diào)制器的測(cè)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(yàn)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(jí)工藝具備低成本規(guī)?；a(chǎn)潛力，為構(gòu)建實(shí)用化量子通信網(wǎng)絡(luò)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

我國(guó)在量子通信領(lǐng)域已形成全球引領(lǐng)優(yōu)勢(shì)，此前在量子衛(wèi)星密鑰分發(fā)及天地一體化網(wǎng)絡(luò)方面取得多項(xiàng)重大突破。此次基于集成光量子芯片的雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)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(fù)雜、穩(wěn)定性差等難題，為量子通信技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用開辟了新路徑。該成果有望推動(dòng)量子保密通信在金融、政務(wù)、國(guó)防等領(lǐng)域的規(guī)?；渴穑ξ覈?guó)搶占量子科技國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)。