北京大学物理学院与电子学院的研究团队近日取得重大突破，在国际顶级学术期刊《自然》上发表了关于大规模量子通信网络的研究成果。这项名为“基于集成光量子芯片的大规模量子通信网络”的研究，首次实现了基于量子密钥分发芯片（QKD芯片）的量子网络构建，标志着量子通信技术向实用化、规模化迈出了关键一步。
研究团队成功开发出全功能集成的高性能量子密钥发送芯片和光学微腔光频梳光源芯片，并以此为基础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网络——“未名量子芯网”。该网络支持20个芯片用户同时进行通信，两两用户之间的通信距离达到370公里，突破了无中继传输的界限，组网能力（客户端对数×通信距离）达到3700公里，在用户规模和组网能力上均达到国际领先水平。
量子密钥分发基于量子力学原理，能够实现理论上无条件安全的通信。我国在量子卫星密钥分发和天地一体化量子网络领域已取得一系列重大成果，处于全球领先地位。其中，双场量子密钥分发（TF-QKD）因其兼具测量设备无关的安全性和超长距离传输优势，被视为实现规模化量子通信网络的重要方案之一。然而，TF-QKD的实现高度依赖远程独立激光源之间稳定的单光子干涉，对光源噪声抑制和全局相位的高精度锁定与追踪提出了极高要求，现有实验大多仍基于体块或分立光纤器件，且多数为两用户点对点系统。
北京大学团队在该领域长期深耕，此前已实现多项国际领先成果，包括两芯片间的量子纠缠分发与量子隐形传态、多芯片间的高维纠缠量子网络，以及适用于空间光量子通信的涡旋光纠缠芯片等。此次研究在国际上首次实现了基于QKD芯片的量子网络，也是自2004年QKD芯片概念提出以来，首个发表于《自然》或《科学》正刊的该领域研究成果。
研究团队表示，基于光量子芯片的量子密钥分发网络有望在规模、通信距离、系统功能与集成度等方面持续提升。通过进一步发展晶圆级先进异质异构集成技术，服务器端有望集成单光子探测、频率转换及线性光学处理等多种功能模块，从而显著增强网络的整体连通性、可重构性与可扩展性。北京大学集成量子光学实验室除在量子网络方向开展研究外，也长期致力于光量子计算与量子模拟等相关领域。
