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，其联合研发的基于集成光量子芯片的大规模量子通信网络相关成果发表于国际顶级学术期刊《自然》。该成果标志着我国在量子通信领域再次走在世界前列，为构建安全、高效、大规模的量子通信网络奠定了坚实基础。
研究团队成功开发出两款核心芯片：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。基于这两款芯片，团队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，在芯片用户规模和组网能力上均达到国际领先水平。
量子密钥分发是利用量子力学原理实现理论上无条件安全通信的技术。我国在量子卫星密钥分发及天地一体化量子网络方面已取得多项重大成果，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。该协议天然适用于星型网络架构，可集中配置昂贵的超导单光子探测资源于中心节点，大幅降低用户端成本。
然而，TF-QKD的实现面临诸多技术挑战，尤其是对远程独立激光源之间稳定的单光子干涉要求极高，需要精确抑制光源噪声并锁定与追踪全局相位。现有实验大多基于体块或分立光纤器件，且多为两用户点对点系统，难以满足大规模组网需求。
北京大学团队针对这些难题，通过长期技术攻关，成功实现了基于集成光量子芯片的量子网络。研究团队在芯片设计、制造和集成方面取得多项创新，包括开发出高性能的氮化硅微腔光频梳种子激光光源芯片和全集成的磷化铟QKD用户发送端芯片。这些芯片在频率噪声抑制、波长调谐范围和调制性能等关键指标上均达到国际先进水平。
自2004年日本NTT首次提出集成量子密钥分发芯片概念以来，全球科研团队在该领域持续探索。北京大学团队在该领域深耕多年，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。本次发表在《自然》的研究成果，是该领域首个发表于《自然》或《科学》正刊的成果，具有里程碑意义。
该研究得到了国家自然科学基金、“量子通信与量子计算机”国家科技重大专项、北京市自然科学基金等多项资助，并获得北京大学人工微结构和介观物理全国重点实验室、北京量子信息科学研究院等机构的大力支持。研究团队表示，未来将继续优化芯片性能，提升网络规模和通信距离，推动量子通信技术向实用化、规模化方向发展。
