6 月 20 日消息，合肥國家實驗室、中國科學技術大學的潘建偉、徐飛虎等研究人員，聯合中山大學、上海交通大學等單位，成功實現了基于雙場量子密鑰分發（TF-QKD）協議的芯片化量子通信網絡。
相關研究成果于 2026 年 6 月 19 日在線發表于國際學術期刊《自然 · 光子學》（Nature Photonics）。
圖 1 氮化硅與薄膜鈮酸鋰混合集成光子芯片
量子密鑰分發（QKD）技術能夠為遠距離用戶之間提供具有信息論安全性的密鑰，結合一次一密等加密方式，可在原理上實現無條件安全的通信。
雙場量子密鑰分發協議是近年來提出的重要方案，它能夠突破傳統 QKD 成碼率的線性界限，顯著拓展傳輸距離，為實現遠距離光纖量子通信網絡提供了可行路徑。
然而，該協議在實際應用中面臨苛刻的技術要求 —— 兩個遠程獨立激光器之間需要實現單光子干涉，光源頻率的微小偏差以及光纖鏈路的波動都會對干涉質量產生影響，導致系統復雜度高，限制了其網絡化部署能力。
圖 2 四用戶集成芯片化量子密鑰分發網絡系統圖
針對這些難題，研究團隊發展了實現 TF-QKD 的混合集成芯片化發送端。該發送端由兩部分組成：一是基于高品質因子氮化硅（Si3N4）微環諧振腔的自注入鎖定激光器芯片，二是集成了多個強度調制器、相位調制器和可變光衰減器的薄膜鈮酸鋰（TFLN）光子集成芯片。其中，片上激光器實現了 100Hz 的窄線寬輸出，薄膜鈮酸鋰調制器則達到了 25GHz 的調制帶寬、2.6V 的半波電壓和 34dB 的消光比，能夠滿足 TF-QKD 對光源相干性和量子態調制的嚴格要求。
在網絡架構方面，研究團隊提出了量子葉脊網絡結構。該網絡由用戶層、葉層和脊層組成，用戶通過發送端接入網絡，通過葉層與脊層中的光開關和測量單元進行量子信號的路由和測量，從而實現城域和城際間不同用戶的靈活切換與連接，提高了量子通信網絡的用戶容量、可擴展性和魯棒性。
圖 3 量子密鑰分發網絡實驗成碼率結果圖
在此基礎上，研究團隊構建了四用戶芯片化 TF-QKD 網絡，分別在 40 公里和 403 公里距離的光纖中演示了不同用戶配置的連接。進一步地，團隊在總損耗達 91.5dB 的 540 公里超低損耗光纖鏈路中實現了 2.93bps 的安全成碼率，超過無中繼密鑰容量 9 倍。此外，基于實驗參數的網絡性能模擬表明，該網絡在 50 公里光纖距離下可支持超過 50 名用戶進行高質量視頻通話。
該項工作結合了光子集成芯片技術與可擴展量子通信網絡架構，驗證了芯片化發送端在遠距離量子通信網絡中的應用潛力。該研究得到了國家科技重大專項、國家自然科學基金委、科技部、中國科學院、安徽省、上海市和新基石基金會等的支持。
