我国科学家成功研制集成光量子芯片网络 20个节点并行通信组网能力达3700公里

在数字化快速发展背景下,通信链路安全面临的威胁持续加剧,传统密码体系在算力持续提升、潜在新型计算范式冲击下的长期安全性备受关注。

以量子态为载体实现密钥共享的量子密钥分发,被认为是提升信息传输安全的重要方向之一。

但从实验室样机走向可部署网络,长期存在“性能、成本、规模”难以兼顾的瓶颈。

问题在于,量子密钥分发要真正支撑跨区域、多用户的安全通信,必须从点对点链接扩展到网络化服务。

尤其是面向远距离应用的双场量子密钥分发方案,具备适配长距离通信、可在探测端实现资源共享等优势,被视作先进技术路线。

然而,该路线对光源稳定性、相位控制、调制器件一致性等指标要求极高,过去多依赖体积较大、调试复杂的离散光学器件,系统集成度不足、维护成本较高,导致多用户组网与工程化部署进展受到制约。

针对这一难题,北京大学物理学院教授王剑威与中国科学院院士龚旗煌等带领的研究团队,围绕“芯片化集成”这一关键方向开展攻关,研发出系列高性能、全功能集成的光量子芯片,并在此基础上构建了包含20个量子芯片节点的双场量子密钥分发网络。

该网络可支持20个芯片用户并行通信,组网能力达到3700公里。

业内认为,这是在量子芯片与量子网络融合方面的一项标志性进展,也是在光量子芯片支撑量子密钥分发网络化方面的重要展示。

原因在于,芯片化不仅意味着把器件“做小”,更关键的是通过标准化工艺提升稳定性与可复制性,为规模化网络提供一致的硬件底座。

研究团队的实验结果表明,其光量子芯片在晶圆级制备中具备高度均一性,显示出迈向低成本批量生产的潜力。

这一特征对于量子通信尤为重要:网络节点数量增加后,任何单点性能波动都可能引发全网运行复杂度攀升。

通过芯片制造的均一性把“调试依赖”降下来,有助于推动设备走向可维护、可替换、可扩展的工程体系。

从影响看,该成果至少在三方面释放积极信号:其一,多用户并行通信能力的验证,为量子密钥分发从单链路应用走向网络化服务提供了现实样板;其二,较强的组网能力展示了面向广域安全通信的技术潜力,为跨区域量子安全基础设施建设提供了新的技术选项;其三,芯片化路线为降低成本、提升部署效率打开空间,有利于推动量子通信系统小型化、模块化与实用化。

期刊审稿人评价其具备显著的大规模扩展能力,并将对量子通信领域产生重要影响。

对策层面,推动成果走向更广范围应用仍需多方协同发力:一要进一步完善关键器件和封装测试体系,提升长期运行稳定性与环境适应性,形成可量产、可验收的工程指标;二要推进网络协议、管理控制与现有通信基础设施的协同设计,强化端到端安全体系与运维能力;三要以应用牵引带动产业链协作,在政务、金融、能源等对安全敏感场景探索可复制的示范工程,同时加强标准规范与安全评测体系建设,确保技术可用、可靠、可控。

前景方面,随着集成光量子技术持续成熟,量子密钥分发网络有望沿着“更多用户、更长距离、更低成本、更易部署”的方向演进。

芯片化集成若能实现稳定量产,将显著降低建网门槛,推动量子安全能力从“点的示范”走向“网的服务”。

同时,量子网络的发展也将带动相关基础研究与工程技术迭代,在高精度光学控制、器件制造、系统集成等领域形成相互促进的创新循环。

在全球量子科技竞争日益激烈的今天,这项突破不仅体现了我国在量子信息领域的原始创新能力,更展现出将前沿技术转化为实用成果的系统整合优势。

从单点突破到网络构建,从实验室验证到产业化准备,中国科学家正在量子通信赛道上书写新的篇章。

这项成果的深远意义在于,它不仅是技术指标的超越,更是为构建自主可控的国家信息安全体系提供了核心技术支撑,标志着我国在全球量子科技竞争中已从"跟跑"转向"并跑"甚至"领跑"的新阶段。