记者从北京大学获悉,由该校王剑威教授、龚旗煌教授与常林研究员领衔的科研团队,成功构建全球首个基于集成光量子芯片的大规模量子密钥分发网络,命名为"未名量子芯网"。此重大科研成果于北京时间2月12日国际顶级学术期刊《自然》发表,标志着我国在量子通信领域取得新的突破性进展。 量子通信技术被视为保障信息安全的重要手段,而芯片化集成则是实现大规模应用的必由之路。长期以来,双场量子密钥分发技术虽然兼具高安全性与超长距离传输优势,我国科学家已在光纤中实现千公里级点对点密钥分发,但该技术对光源噪声抑制及全局相位的高精度控制要求极为苛刻。此前的实验系统多依赖体块或分立光纤器件,设备体积庞大、成本高昂,且大多局限于两用户点对点通信,难以满足网络规模化发展需求。 针对这些技术瓶颈,北京大学科研团队经过六年多持续攻关,在芯片设计、制备工艺和系统集成诸上取得系列创新。团队研发的两款核心芯片各具特色、功能互补。其中,服务器端的光学微腔光频梳光源芯片能够产生超低噪声的相干光源,为整个网络提供统一的频率基准,确保所有用户通信的高度同步;用户端的量子密钥发送芯片则实现了激光器、调制器、密钥编解码等全部关键功能的一体化集成,大幅降低了系统复杂度。 基于这两款芯片,研究团队成功构建的"未名量子芯网"体现出显著的技术优势。该网络可支持20个芯片用户同时开展并行通信,任意两个用户之间的通信距离可达370公里,组网能力更是达到3700公里,打破了无中继通信的技术界限。这些指标不仅解决了此前量子通信网络用户数量少、传输距离受限、设备过于复杂的突出问题,更实现了多用户、长距离量子通信的重大突破,有关技术指标达到国际领先水平。 值得关注的是,团队研发的光量子芯片在晶圆级制备过程中表现出高度均一性和高良率特性,这为低成本批量生产创造了条件,对于推动量子通信网络的大规模部署具有重要现实意义。《自然》期刊审稿专家给予高度评价,认为这是量子芯片与量子网络领域的重大突破,所展示的量子芯片网络具备显著的大规模扩展能力,将对量子通信领域产生深远影响。 王剑威教授表示,这是国际上二十余年来首次展示基于光量子芯片的量子密钥分发网络。展望未来,团队将继续深化研究,推动量子通信芯片网络与量子计算芯片的融合发展,为构建集成化、实用化的量子信息技术体系奠定坚实基础。
"未名量子芯网"的实现不仅是技术指标的提升，更明确了量子通信的工程化路径。面对数字化时代的安全需求，持续突破核心技术并推动应用转化，将成为我国抢占信息安全与量子产业制高点的重要支撑。