我国实现540公里芯片化双场量子密钥分发网络重大突破

我国科研团队成功研制出基于双场量子密钥分发协议的芯片化量子通信网络，并在长达五百四十公里的光纤链路上实现了安全密钥的稳定传输。这一突破由合肥国家实验室、中国科学技术大学潘建伟与徐飞虎团队联合中山大学、上海交通大学等多家单位共同完成，相关研究成果已发表于国际权威学术期刊自然·光子学。

量子密钥分发技术能够使地理上相隔较远的通信双方共享具备信息论安全等级的密钥，配合一次一密等加密机制，可在原理层面实现无条件安全的信息传输。其中，双场量子密钥分发协议突破了传统方案中成码率随距离呈线性衰减的限制，显著提升了有效传输距离，是构建远距离光纤量子通信网络的关键路径之一。然而，该技术对系统稳定性要求极高：需实现两个独立远程激光器在单光子尺度下的高精度干涉，而光源频率的细微漂移以及光纤链路环境的动态扰动，均会严重削弱干涉效果；加之系统结构复杂，长期制约其向实际网络部署和规模化应用推进。

为应对上述挑战，研究团队设计并实现了双场量子密钥分发混合集成芯片化发送端，核心由氮化硅自注入锁定激光器芯片与薄膜铌酸锂光子集成芯片构成。该集成器件中，片上激光器可输出线宽窄至一百赫兹的稳定光源；薄膜铌酸锂调制器则具备二十五吉赫兹调制带宽、二点六伏特半波电压及三十四分贝消光比，全面满足双场协议对光源相干性与量子态精准调控的严苛指标。

在网络架构层面，团队创新提出“量子叶脊网络”模型，由用户层、叶层与脊层三级结构组成，依托光开关与集中式测量单元，实现量子信号的动态路由与统一测量，支持城域与城际不同用户间的灵活接入与无缝切换。

依托上述核心技术，研究团队搭建了四用户规模的芯片化双场量子密钥分发网络，并分别在四十公里与四百零三公里光纤链路上完成了多组用户配置下的连接验证。在总损耗高达九十一分贝的五百四十公里超低损耗光纤环境中，网络实测安全成码率达到每秒二点九三比特，超过无中继理论密钥容量的九倍。进一步模拟表明，在五十公里光纤距离条件下，该网络可支撑逾五十名用户同步开展高清加密视频通信。

该成果标志着芯片化发送端技术在远距离量子通信网络中的可行性得到实质性验证，为未来构建大规模、低成本、高扩展性的实用化量子通信基础设施提供了关键支撑。