鳳凰網(wǎng)科技訊 2月12日，北京大學(xué)物理學(xué)院王劍威、龔旗煌團(tuán)隊(duì)與電子學(xué)院常林團(tuán)隊(duì)在量子通信領(lǐng)域取得重要技術(shù)進(jìn)展。該聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）發(fā)表論文，宣布成功研制出全功能集成的量子密鑰發(fā)送芯片及光學(xué)微腔光頻梳光源芯片，并基于此構(gòu)建了全球首個(gè)基于集成光量子芯片的大規(guī)模量子密鑰分發(fā)（QKD）網(wǎng)絡(luò)——“未名量子芯網(wǎng)”。

該研究攻克了量子通信網(wǎng)絡(luò)在擴(kuò)容與小型化方面的技術(shù)瓶頸。據(jù)論文數(shù)據(jù)顯示，該網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了20個(gè)芯片用戶節(jié)點(diǎn)的并行通信，節(jié)點(diǎn)間通信距離達(dá)到370公里，成功打破了無中繼傳輸?shù)木嚯x界限。在衡量網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵指標(biāo)“組網(wǎng)能力”（客戶端對(duì)數(shù)×通信距離）上，該系統(tǒng)達(dá)到了3700公里的水平。這一成果驗(yàn)證了通過集成光子技術(shù)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、長(zhǎng)距離量子保密通信的可行性。

圖1 基于光量子芯片的“未名號(hào)”大規(guī)模量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)：a，雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)芯片網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。b,20個(gè)QKD芯片和微梳光源芯片實(shí)物照片。

在硬件架構(gòu)方面，研究團(tuán)隊(duì)采用了磷化銦（InP）和氮化硅（SiN）的混合材料體系。中心服務(wù)器節(jié)點(diǎn)部署了氮化硅光學(xué)微腔頻率梳作為種子光源，利用自注入鎖定技術(shù)，產(chǎn)生了線寬僅為40 Hz（赫茲）量級(jí)的超低噪聲相干暗脈沖頻率梳，替代了傳統(tǒng)方案中復(fù)雜的桌面級(jí)激光器。用戶端則采用了20枚全集成的磷化銦光量子芯片，單芯片集成了激光器、調(diào)制器等關(guān)鍵模塊。測(cè)試結(jié)果顯示，芯片關(guān)鍵器件的良率達(dá)到97.5%，并在晶圓級(jí)制造工藝下保持了高度的一致性。

此次研究采用的是雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)（TF-QKD）協(xié)議，結(jié)合波分復(fù)用技術(shù)，有效解決了多用戶網(wǎng)絡(luò)中的信號(hào)干擾與相位追蹤難題。實(shí)驗(yàn)表明，即便在370公里的長(zhǎng)距離光纖傳輸中，系統(tǒng)仍能維持低誤碼率運(yùn)行，且碼率突破了線性界的理論極限。該技術(shù)路線為未來降低量子通信設(shè)備成本、提升網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性提供了新的芯片級(jí)解決方案。