我國科學(xué)家成功構(gòu)建量子密鑰分發(fā)芯片網(wǎng)絡(luò)

量子芯片與量子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迎來重要突破。國際學(xué)術(shù)期刊《自然》2月12日凌晨在線發(fā)表一項最新成果：我國科學(xué)家成功構(gòu)建國際首個基于集成光量子芯片的大規(guī)模量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)。這一量子網(wǎng)絡(luò)支持20個芯片用戶并行通信，組網(wǎng)能力可達3700公里，在芯片用戶規(guī)模與組網(wǎng)能力上均達國際領(lǐng)先水平。
??圖為研究人員展示封裝后的集成光量子通信芯片。（北大團隊供圖）
量子密鑰分發(fā)是通過量子態(tài)傳輸密鑰，實現(xiàn)信息加密，確保通信安全性。雙場量子密鑰分發(fā)因適用于遠距離量子通信、支持探測器端資源共享等優(yōu)勢，成為量子密鑰分發(fā)的一種先進技術(shù)。然而，由于對光源與調(diào)制器件的性能要求極高，所需要的硬件芯片化集成難以突破，這項技術(shù)目前多數(shù)用于點對點的量子密鑰分發(fā)，多用戶、大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實現(xiàn)面臨挑戰(zhàn)。
北京大學(xué)物理學(xué)院教授王劍威、中國科學(xué)院院士龔旗煌等所帶領(lǐng)的研究團隊，研發(fā)出系列高性能、全功能集成的光量子芯片，并在此基礎(chǔ)上成功構(gòu)建包含20個量子芯片節(jié)點的雙場量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)。
王劍威說，這是國際上20余年來首次展示基于光量子芯片的量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)。實驗表明，團隊研發(fā)的光量子芯片在晶圓級制備中具備高度均一性，有望實現(xiàn)低成本的批量生產(chǎn)，為構(gòu)建更長距離、更多用戶的量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
“量子密鑰分發(fā)芯片網(wǎng)絡(luò)是邁向系統(tǒng)小型化、設(shè)備實用化的重要路徑之一。”他表示，高性能、低成本的光量子芯片，在推動量子網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模應(yīng)用方面極具潛力。
《自然》審稿人認為，這項工作是量子芯片與量子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重要進展，所展示的量子芯片網(wǎng)絡(luò)具備顯著的大規(guī)模擴展能力，“無疑將對量子通信領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響”。
“這是集成光量子技術(shù)推動量子通信發(fā)展的范例。”龔旗煌認為，這項成果為構(gòu)建大規(guī)模量子通信芯片網(wǎng)絡(luò)提供了可行方案，對促進量子通信系統(tǒng)的小型化、實用化與規(guī)模化發(fā)展具有重要意義。（記者魏夢佳）