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，其聯合研發的基于集成光量子芯片的大規模量子通信網絡相關成果發表于國際頂級學術期刊《自然》。該成果標志著我國在量子通信領域再次走在世界前列，為構建安全、高效、大規模的量子通信網絡奠定了堅實基礎。

研究團隊成功開發出兩款核心芯片：全功能集成的高性能量子密鑰發送芯片與光學微腔光頻梳光源芯片。基于這兩款芯片，團隊構建了全球首個基于集成光量子芯片的大規模量子密鑰分發網絡——“未名量子芯網”。該網絡支持20個芯片用戶同時進行通信，兩兩通信距離達到370公里，突破了無中繼傳輸的界限，組網能力（客戶端對數×通信距離）達到3700公里，在芯片用戶規模和組網能力上均達到國際領先水平。

量子密鑰分發是利用量子力學原理實現理論上無條件安全通信的技術。我國在量子衛星密鑰分發及天地一體化量子網絡方面已取得多項重大成果，處于全球領先地位。其中，雙場量子密鑰分發（TF-QKD）因其兼具測量設備無關的安全性和超長距離傳輸優勢，被視為實現規模化量子通信網絡的重要方案。該協議天然適用于星型網絡架構，可集中配置昂貴的超導單光子探測資源于中心節點，大幅降低用戶端成本。

然而，TF-QKD的實現面臨諸多技術挑戰，尤其是對遠程獨立激光源之間穩定的單光子干涉要求極高，需要精確抑制光源噪聲并鎖定與追蹤全局相位。現有實驗大多基于體塊或分立光纖器件，且多為兩用戶點對點系統，難以滿足大規模組網需求。

北京大學團隊針對這些難題，通過長期技術攻關，成功實現了基于集成光量子芯片的量子網絡。研究團隊在芯片設計、制造和集成方面取得多項創新，包括開發出高性能的氮化硅微腔光頻梳種子激光光源芯片和全集成的磷化銦QKD用戶發送端芯片。這些芯片在頻率噪聲抑制、波長調諧范圍和調制性能等關鍵指標上均達到國際先進水平。

自2004年日本NTT首次提出集成量子密鑰分發芯片概念以來，全球科研團隊在該領域持續探索。北京大學團隊在該領域深耕多年，此前已實現多項國際領先成果，包括兩芯片間的量子糾纏分發與量子隱形傳態、多芯片間的高維糾纏量子網絡，以及適用于空間光量子通信的渦旋光糾纏芯片等。本次發表在《自然》的研究成果，是該領域首個發表于《自然》或《科學》正刊的成果，具有里程碑意義。

該研究得到了國家自然科學基金、“量子通信與量子計算機”國家科技重大專項、北京市自然科學基金等多項資助，并獲得北京大學人工微結構和介觀物理全國重點實驗室、北京量子信息科學研究院等機構的大力支持。研究團隊表示，未來將繼續優化芯片性能，提升網絡規模和通信距離，推動量子通信技術向實用化、規模化方向發展。