北京大學物理學院與電子學院的研究團隊近日取得重大突破，在國際頂級學術期刊《自然》上發(fā)表了關于大規(guī)模量子通信網(wǎng)絡的研究成果。這項名為“基于集成光量子芯片的大規(guī)模量子通信網(wǎng)絡”的研究，首次實現(xiàn)了基于量子密鑰分發(fā)芯片（QKD芯片）的量子網(wǎng)絡構建，標志著量子通信技術向實用化、規(guī)?；~出了關鍵一步。

研究團隊成功開發(fā)出全功能集成的高性能量子密鑰發(fā)送芯片和光學微腔光頻梳光源芯片，并以此為基礎構建了全球首個基于集成光量子芯片的大規(guī)模量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡——“未名量子芯網(wǎng)”。該網(wǎng)絡支持20個芯片用戶同時進行通信，兩兩用戶之間的通信距離達到370公里，突破了無中繼傳輸?shù)慕缦蓿M網(wǎng)能力（客戶端對數(shù)×通信距離）達到3700公里，在用戶規(guī)模和組網(wǎng)能力上均達到國際領先水平。

量子密鑰分發(fā)基于量子力學原理，能夠實現(xiàn)理論上無條件安全的通信。我國在量子衛(wèi)星密鑰分發(fā)和天地一體化量子網(wǎng)絡領域已取得一系列重大成果，處于全球領先地位。其中，雙場量子密鑰分發(fā)（TF-QKD）因其兼具測量設備無關的安全性和超長距離傳輸優(yōu)勢，被視為實現(xiàn)規(guī)?；孔油ㄐ啪W(wǎng)絡的重要方案之一。然而，TF-QKD的實現(xiàn)高度依賴遠程獨立激光源之間穩(wěn)定的單光子干涉，對光源噪聲抑制和全局相位的高精度鎖定與追蹤提出了極高要求，現(xiàn)有實驗大多仍基于體塊或分立光纖器件，且多數(shù)為兩用戶點對點系統(tǒng)。

北京大學團隊在該領域長期深耕，此前已實現(xiàn)多項國際領先成果，包括兩芯片間的量子糾纏分發(fā)與量子隱形傳態(tài)、多芯片間的高維糾纏量子網(wǎng)絡，以及適用于空間光量子通信的渦旋光糾纏芯片等。此次研究在國際上首次實現(xiàn)了基于QKD芯片的量子網(wǎng)絡，也是自2004年QKD芯片概念提出以來，首個發(fā)表于《自然》或《科學》正刊的該領域研究成果。

研究團隊表示，基于光量子芯片的量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡有望在規(guī)模、通信距離、系統(tǒng)功能與集成度等方面持續(xù)提升。通過進一步發(fā)展晶圓級先進異質異構集成技術，服務器端有望集成單光子探測、頻率轉換及線性光學處理等多種功能模塊，從而顯著增強網(wǎng)絡的整體連通性、可重構性與可擴展性。北京大學集成量子光學實驗室除在量子網(wǎng)絡方向開展研究外，也長期致力于光量子計算與量子模擬等相關領域。