近日，北京大學(xué)科研團隊在量子通信領(lǐng)域取得重大突破，成功構(gòu)建起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)”。該成果為未來實用化量子保密通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供了堅實的芯片級解決方案，相關(guān)研究論文于2026年2月12日發(fā)表在國際頂級期刊《自然》（Nature）上。

據(jù)悉，這項突破是在國家自然科學(xué)基金項目等多方資助下，由北京大學(xué)物理學(xué)院現(xiàn)代光學(xué)研究所王劍威教授、龔旗煌教授團隊與電子學(xué)院常林研究員團隊聯(lián)合攻關(guān)完成的。研究團隊成功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，在此基礎(chǔ)上搭建起全 球首 個多用戶、長距離的集成光量子芯片量子通信網(wǎng)絡(luò)。

量子密鑰分發(fā)（QKD）基于量子力學(xué)原理，能實現(xiàn)理論上無條件安全的通信，是量子保密通信的核心技術(shù)。我國在量子衛(wèi)星密鑰分發(fā)及天地一體化量子網(wǎng)絡(luò)方面已取得一系列重大成果，其中雙場量子密鑰分發(fā)（TF-QKD）兼具測量設(shè)備無關(guān)的安全性與超長距離傳輸優(yōu)勢，適用于星型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，是實現(xiàn)規(guī)模化量子通信網(wǎng)絡(luò)的重要方向。

然而，TF-QKD對光源與調(diào)制器件的性能要求極高，其硬件芯片化集成一直是國際上的技術(shù)難題。此前，全 球范圍內(nèi)的實驗驗證多局限于兩用戶點對點系統(tǒng)，多用戶、大規(guī)模量子通信網(wǎng)絡(luò)仍處于空白狀態(tài)。

為破解這一難題，研究團隊創(chuàng)新性地結(jié)合波分復(fù)用技術(shù)，構(gòu)建起多用戶并行的大規(guī)模量子通信網(wǎng)絡(luò)。在中心服務(wù)器節(jié)點，團隊采用高品質(zhì)因子氮化硅光學(xué)微腔頻率梳作為種子光源陣列，成功產(chǎn)生線寬達赫茲量級的超低噪聲相干暗脈沖頻率梳；在用戶端，團隊研發(fā)出20個獨立的全功能集成磷化銦光量子芯片，通過注入鎖定等方式抑制本地激光器相位噪聲，實現(xiàn)了晶圓級制造、高良率、低成本、高性能的用戶芯片解決方案。

經(jīng)過反復(fù)測試，研究團隊搭建的多芯片協(xié)同量子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，結(jié)合雙波長信道相位追蹤方案，成功實現(xiàn)20用戶并行運行發(fā)送–不發(fā)送TF-QKD協(xié)議。測試結(jié)果顯示，該系統(tǒng)在370公里上行單鏈路處突破無中繼線性碼率極限，相對理論上界提升最高達251.4%，總并行覆蓋距離達3700公里。

業(yè)內(nèi)專家表示，該成果有力支撐了基于光量子芯片的量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)向更大規(guī)模、更長通信距離、更豐富系統(tǒng)功能、更高集成度方向持續(xù)提升，為量子通信的實用化奠定了關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。未來，隨著相關(guān)技術(shù)的進一步優(yōu)化，“未名量子芯網(wǎng)”的技術(shù)方案有望應(yīng)用于天地一體化量子互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，為國家信息安全提供更堅實的保障。