北京大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)近日在量子通信領(lǐng)域取得重大突破，其聯(lián)合攻關(guān)成果登上國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》。該團(tuán)隊(duì)成功研制出全球首個(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)——“未名量子芯網(wǎng)”，標(biāo)志著我國在量子通信芯片化、規(guī)?；瘧?yīng)用方面邁出關(guān)鍵一步。

這項(xiàng)成果攻克了雙場量子密鑰分發(fā)技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)國際領(lǐng)先指標(biāo)：網(wǎng)絡(luò)支持20個(gè)芯片用戶同時(shí)進(jìn)行量子密鑰分發(fā)，兩兩用戶間無中繼通信距離達(dá)370公里，整體組網(wǎng)能力覆蓋3700公里范圍。研究團(tuán)隊(duì)通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使芯片用戶規(guī)模和組網(wǎng)能力均達(dá)到世界前列水平。

在硬件研發(fā)方面，科研人員突破性地將量子密鑰發(fā)送功能與光學(xué)微腔光頻梳光源集成于單芯片，驗(yàn)證了磷化銦和氮化硅材料體系的優(yōu)越性。這種全功能集成設(shè)計(jì)不僅使晶圓級加工良率顯著提升，更具備強(qiáng)大的擴(kuò)展性，為低成本大規(guī)模制備量子芯片奠定了工藝基礎(chǔ)。實(shí)物照片顯示，20個(gè)量子密鑰分發(fā)（QKD）芯片與微梳光源芯片緊湊排列，展現(xiàn)了高度集成的技術(shù)特征。

針對量子通信中的核心挑戰(zhàn)，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新采用波分復(fù)用技術(shù)與雙波長信道相位追蹤方案。該技術(shù)有效抑制了光源噪聲干擾，精準(zhǔn)補(bǔ)償了量子信號相位偏移，在370公里光纖傳輸中突破無中繼線性碼率極限。更令人矚目的是，在490公里閉環(huán)光纖鏈路中仍能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的安全成碼，驗(yàn)證了系統(tǒng)的可靠性。

這項(xiàng)成果具有特殊的歷史意義——自2004年量子密鑰分發(fā)芯片概念首次提出以來，這是該領(lǐng)域首個(gè)登上《自然》《科學(xué)》正刊的研究?！蹲匀弧匪奈荒涿麑徃迦烁叨仍u價(jià)，認(rèn)為該工作"在量子芯片與量子網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破，展示的量子芯片網(wǎng)絡(luò)具有顯著的大規(guī)模擴(kuò)展?jié)摿?。目前，相關(guān)技術(shù)已申請多項(xiàng)發(fā)明專利，為構(gòu)建實(shí)用化量子通信網(wǎng)絡(luò)提供了全新路徑。