量子通信領域迎來重要進展，合肥國家實驗室與中國科學技術大學的研究團隊，攜手中山大學、上海交通大學等科研力量，成功開發(fā)出基于雙場量子密鑰分發(fā)（TF-QKD）協(xié)議的芯片化量子通信網(wǎng)絡。這一突破性成果于國際權威學術期刊《自然·光子學》在線發(fā)表，標志著我國在量子通信網(wǎng)絡技術上邁出關鍵一步。

量子密鑰分發(fā)（QKD）技術通過物理原理保障通信安全，其核心優(yōu)勢在于能夠為遠距離用戶提供理論上無條件安全的密鑰。然而，傳統(tǒng)QKD技術在成碼率和傳輸距離上面臨瓶頸。雙場量子密鑰分發(fā)協(xié)議作為近年提出的創(chuàng)新方案，通過突破線性成碼率限制，為構建遠距離光纖量子通信網(wǎng)絡提供了可行路徑。但該協(xié)議對技術條件要求極為嚴苛，尤其是需要實現(xiàn)兩個遠程獨立激光器的單光子干涉，光源頻率偏差和光纖鏈路波動都會顯著影響系統(tǒng)性能。

研究團隊針對這些技術難題，開發(fā)出混合集成芯片化發(fā)送端。該裝置由兩部分關鍵組件構成：一是基于氮化硅微環(huán)諧振腔的自注入鎖定激光器芯片，可實現(xiàn)100Hz窄線寬輸出；二是集成多個調制器的薄膜鈮酸鋰光子芯片，具備25GHz調制帶寬、2.6V半波電壓和34dB消光比的優(yōu)異性能。這種設計既滿足了TF-QKD對光源相干性的嚴苛要求，又實現(xiàn)了量子態(tài)的高精度調制。

在網(wǎng)絡架構創(chuàng)新方面，研究團隊提出量子葉脊網(wǎng)絡結構。該架構通過用戶層、葉層和脊層的分層設計，利用光開關和測量單元實現(xiàn)量子信號的智能路由。這種模塊化設計使網(wǎng)絡具備靈活的用戶接入能力，可支持城域和城際間的動態(tài)連接，顯著提升了量子通信網(wǎng)絡的用戶容量和可擴展性。實驗數(shù)據(jù)顯示，該架構在50公里光纖距離下可支持超過50名用戶同時進行高質量視頻通話。

實驗驗證環(huán)節(jié)，研究團隊構建了四用戶芯片化TF-QKD網(wǎng)絡，在40公里和403公里光纖鏈路中成功演示了不同用戶配置的穩(wěn)定連接。特別值得關注的是，在總損耗達91.5dB的540公里超低損耗光纖中，系統(tǒng)仍實現(xiàn)了2.93bps的安全成碼率，較無中繼密鑰容量提升9倍。這項成果通過光子集成芯片技術與可擴展網(wǎng)絡架構的深度融合，充分驗證了芯片化發(fā)送端在遠距離量子通信中的實用價值。

該研究得到國家科技重大專項、國家自然科學基金委等多家機構的聯(lián)合支持，其技術突破為構建實用化量子通信網(wǎng)絡奠定了重要基礎。研究團隊開發(fā)的混合集成芯片方案，不僅解決了傳統(tǒng)系統(tǒng)復雜度高的問題，更為量子通信技術的規(guī)模化部署提供了新的技術路徑。