國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》最新在線發(fā)表了一項(xiàng)來(lái)自中國(guó)的科研突破——全球首個(gè)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)成功構(gòu)建。該網(wǎng)絡(luò)由北京大學(xué)與中國(guó)科學(xué)院團(tuán)隊(duì)聯(lián)合研發(fā)，支持20個(gè)量子芯片節(jié)點(diǎn)并行通信，組網(wǎng)覆蓋距離達(dá)3700公里，在用戶規(guī)模與通信距離上均刷新國(guó)際紀(jì)錄，標(biāo)志著量子通信技術(shù)向?qū)嵱没~出關(guān)鍵一步。

量子密鑰分發(fā)通過(guò)量子態(tài)傳輸實(shí)現(xiàn)信息加密，其安全性基于量子力學(xué)不可克隆原理。其中，雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)技術(shù)因具備遠(yuǎn)距離通信優(yōu)勢(shì)和探測(cè)器資源共享能力，被視為下一代量子通信的核心方案。然而，該技術(shù)對(duì)光源穩(wěn)定性、調(diào)制器件精度要求極高，傳統(tǒng)硬件難以實(shí)現(xiàn)芯片級(jí)集成，導(dǎo)致此前僅能應(yīng)用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，大規(guī)模組網(wǎng)始終面臨技術(shù)瓶頸。

研究團(tuán)隊(duì)歷時(shí)五年攻關(guān)，開(kāi)發(fā)出全功能集成光量子芯片。該芯片在晶圓級(jí)制備過(guò)程中展現(xiàn)出高度均一性，單芯片集成光源、調(diào)制器、探測(cè)器等核心組件，突破了傳統(tǒng)系統(tǒng)依賴分立器件的局限。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，基于20個(gè)芯片節(jié)點(diǎn)構(gòu)建的雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，在3700公里傳輸距離下仍能保持穩(wěn)定密鑰生成率，較傳統(tǒng)方案提升兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人王劍威教授指出，此次突破首次驗(yàn)證了光量子芯片在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的可靠性。晶圓級(jí)制造工藝使芯片成本降低至傳統(tǒng)方案的百分之一，為量子通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模化部署奠定基礎(chǔ)。他強(qiáng)調(diào)："芯片化不僅是技術(shù)升級(jí)，更是量子通信走向千家萬(wàn)戶的必經(jīng)之路。"

中國(guó)科學(xué)院院士龔旗煌表示，該成果解決了量子通信設(shè)備體積大、成本高的行業(yè)難題。集成光量子芯片將原本需要機(jī)柜級(jí)設(shè)備實(shí)現(xiàn)的功能濃縮至毫米級(jí)芯片，為量子通信與經(jīng)典通信網(wǎng)絡(luò)融合提供了可能。研究團(tuán)隊(duì)已啟動(dòng)下一代芯片研發(fā)，計(jì)劃將用戶容量擴(kuò)展至千量級(jí)，并探索與5G、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用。

《自然》期刊審稿人評(píng)價(jià)稱，這項(xiàng)研究展現(xiàn)了量子芯片技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向工程應(yīng)用的巨大潛力。其創(chuàng)新性的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)為全球量子通信研究提供了新范式，特別在跨城際量子安全通信領(lǐng)域具有示范意義。隨著芯片制備工藝持續(xù)優(yōu)化，量子通信網(wǎng)絡(luò)有望在未來(lái)五年內(nèi)進(jìn)入商用試點(diǎn)階段。