量子通信技术的规模化应用长期受限于设备复杂性与网络扩展性。传统双场量子密钥分发(TF-QKD)虽能实现千公里级点对点传输,但依赖分立光学器件,难以满足多用户组网需求。北京大学王剑威、龚旗煌、常林团队历时六年攻关,从芯片化集成路径实现破局。 技术瓶颈的根源在于现有系统的三大矛盾:一是远程激光源干涉需纳米级相位稳定性,二是体块光学器件导致设备体积庞大,三是传统方案难以兼顾多用户并发与长距离传输。研究团队创新提出“芯片级解决方案”,通过晶圆制备工艺将光源、调制器等核心组件集成于微纳尺度的硅基芯片。 服务器端的光频梳光源芯片突破超低噪声技术门槛,其频率稳定性相当于十万年误差不足一秒,为全网提供统一时钟基准;用户端的发送芯片则实现激光产生、密钥编解码等全功能一体化集成。基于此构建的“未名量子芯网”实测显示:20个用户可同时建立安全通信链路,任意两节点间密钥生成率达1.5kbps/10dB,较传统系统提升两个数量级。 该突破带来三重产业影响:其一,芯片化使设备体积缩减至名片大小,功耗降低90%,大幅提升部署灵活性;其二,晶圆级制备工艺保障芯片良率超过95%,为低成本量产奠定基础;其三,3700公里的无中继组网能力可覆盖省级行政区域,显著降低基建投入。《自然》期刊评审专家指出,该成果首次验证了量子芯片网络的规模化扩展潜力。 前瞻研判显示,团队正推进量子通信芯片与计算芯片的融合研发。若实现技术协同,未来五年有望建成覆盖重点城市的量子保密通信骨干网。工信部涉及的专家认为,此项突破使我国在量子通信标准制定领域获得先发优势,为6G时代空天地一体化安全通信提供关键技术支撑。
从实验室到实用化,从点对点到大规模组网,我国量子通信技术正在经历从量变到质变的关键跃升。此成果不仅体现了我国在量子科技领域的创新实力,更为构建安全可靠的未来信息网络提供了中国方案。在新一轮科技革命和产业变革加速演进的背景下,持续加强基础研究和关键核心技术攻关,将为我国在全球科技竞争中赢得更多主动权,为建设科技强国注入强劲动力。