北京大学物理学院与电子学院联合团队在量子通信领域取得重大突破，相关成果发表于国际顶级学术期刊《自然》。该团队由现代光学研究所王剑威教授、龚旗煌教授与电子学院常林研究员领衔，成功构建全球首个基于集成光量子芯片的大规模量子密钥分发网络——“未名量子芯网”。这一成果标志着我国在实用化量子保密通信网络建设方面迈出关键一步，为未来实现远距离、多用户、大规模量子通信提供了核心芯片级解决方案。
研究团队创新性地研制出全功能集成的高性能量子密钥发送芯片与光学微腔光频梳光源芯片。其中，磷化铟基QKD芯片单片集成了激光器、调制器、衰减器及密钥编解码等核心模块，实现了晶圆级制造与97.5%的器件良率；氮化硅微腔光频梳芯片则通过自注入锁定技术，在通信波段产生线宽仅40赫兹的超低噪声相干暗脉冲频率梳，为多用户量子信号传输提供了稳定基准。基于这两类芯片构建的“未名量子芯网”支持20个用户并行通信，两两通信距离达370公里，组网能力（客户端对数×通信距离）达3700公里，各项指标均居国际领先水平。
该系统采用波分复用技术，通过单根光纤实现多用户量子信号与参考光的共纤传输。在中心服务器节点，高品质因子氮化硅微腔光频梳作为种子光源阵列，经下行光纤将梳状谱线分发至各用户节点；用户端磷化铟芯片基于注入锁定技术复制种子光频率相位，完成量子态编码后通过上行光纤返回服务器端进行单光子干涉测量。实验表明，系统在204公里和370公里上行链路条件下均实现低误码率运行，并在370公里处突破无中继线性码率极限，相对理论上限提升最高达251.4%。更长的下行链路测试（等效490公里闭环光纤干涉仪）验证了方案在实际网络中的稳定性。
研究团队通过优化滤波方案，将多波长共纤传输带来的线性串扰和非线性拉曼噪声压低至接近探测器暗计数水平。对20个用户芯片上120个相位调制器的测试显示，平均半波电压约5.8伏，干涉消光比超过33分贝，器件性能高度一致。这一成果不仅验证了磷化铟与氮化硅材料体系在光量子芯片制造中的优越性，更证明了晶圆级工艺具备低成本规模化生产潜力，为构建实用化量子通信网络奠定了技术基础。
我国在量子通信领域已形成全球引领优势，此前在量子卫星密钥分发及天地一体化网络方面取得多项重大突破。此次基于集成光量子芯片的双场量子密钥分发网络研究，通过芯片化手段解决了传统分立器件系统架构复杂、稳定性差等难题，为量子通信技术从实验室走向实际应用开辟了新路径。该成果有望推动量子保密通信在金融、政务、国防等领域的规模化部署，助力我国抢占量子科技国际竞争制高点。
