北京大学物理学院与电子学院的研究团队在量子通信领域取得重大突破，相关成果发表于国际顶级学术期刊《自然》。由王剑威教授、龚旗煌教授及常林研究员领衔的团队，成功研制出全球首个基于集成光量子芯片的大规模量子密钥分发网络——“未名量子芯网”，实现了多用户、长距离、高安全性的量子通信系统。
该网络的核心是团队自主研发的两款高性能芯片：全功能集成的量子密钥发送芯片与光学微腔光频梳光源芯片。前者采用磷化铟材料，单片集成了激光器、调制器、衰减器等关键模块，支持晶圆级制造，良率高达97.5%；后者基于氮化硅微腔，通过自注入锁定技术产生超低噪声相干暗脉冲频率梳，线宽仅40赫兹，可稳定运行超过12小时。这一组合使系统支持20个用户并行通信，两两通信距离达370公里，组网能力（客户端对数×通信距离）突破3700公里，刷新了无中继量子通信的世界纪录。
研究团队采用波分复用技术构建网络架构，以光频梳作为频率与相位基准，通过下行光纤分发至各用户节点。用户端芯片利用种子光注入锁定本地激光器，显著抑制相位噪声后完成量子态编码，信号经上行光纤返回中心服务器进行干涉与测量。这一设计避免了传统分立器件系统的复杂结构，将核心功能集成于芯片级平台，大幅降低了系统成本与功耗。实验表明，在204公里和370公里上行链路条件下，系统误码率均低于安全阈值，并在370公里处突破无中继线性码率极限，相对理论上限提升最高达251.4%。
技术验证环节，团队系统评估了多波长共纤传输的噪声影响，通过优化滤波方案将线性串扰与非线性拉曼噪声压低至接近探测器暗计数水平。在长达490公里的闭环光纤马赫-曾德尔干涉仪测试中，系统仍能稳定追踪相位变化并实现安全成码，证明了方案在实际量子网络中的可行性。磷化铟与氮化硅材料体系展现出晶圆级加工的高一致性，为低成本规模化制造奠定了工艺基础。
量子密钥分发基于量子力学不可克隆定理，可实现理论上无条件安全的通信。我国此前已在量子卫星与天地一体化网络领域取得领先，但规模化组网仍面临光源稳定性、相位锁定精度等挑战。此次突破将双场量子密钥分发（TF-QKD）协议与集成光子技术深度融合，通过芯片化解决方案攻克了远程独立激光源干涉难题，为构建覆盖更广区域、容纳更多用户的实用化量子保密通信网络提供了关键技术路径。
