近日，中国科研团队在量子通信领域取得新进展。中国科学技术大学潘建伟、徐飞虎等团队联合中山大学、上海交通大学等单位，实现基于双场量子密钥分发协议的远距离芯片化量子通信网络，并在最远540公里光纤距离下获得超越无中继密钥容量的安全成码率。

量子密钥分发可使远距离用户共享信息理论安全密钥，结合一次一密加密方式，可在原理上实现无条件安全通信。双场量子密钥分发协议能够突破传统量子密钥分发成码率随距离线性下降的限制，是实现远距离光纤量子通信网络的重要技术路线。但该协议对光源相干性、链路稳定性和系统控制精度要求很高，实际部署难度较大。

图1 氮化硅与薄膜铌酸锂混合集成光子芯片

此次研究的核心突破在于芯片化发送端。研究团队发展了氮化硅与薄膜铌酸锂混合集成光子学芯片，将基于高品质因子氮化硅微环谐振腔的自注入锁定激光器芯片，与集成多个强度调制器、相位调制器和可变光衰减器的薄膜铌酸锂光子集成芯片结合起来。片上激光器实现100Hz窄线宽输出，薄膜铌酸锂调制器实现25GHz调制带宽、2.6V半波电压和34dB消光比。

在网络架构上，研究团队提出量子叶脊网络结构。该结构由用户层、叶层和脊层组成，用户通过芯片化发送端接入网络，再经由光开关和测量单元完成量子信号路由与测量。相比单一链路测试，这种结构更接近实际量子通信网络需求，可提升用户接入容量、网络可扩展性和连接灵活性。

图2 四用户集成芯片化量子密钥分发网络系统图

实验中，研究团队构建了四用户芯片化双场量子密钥分发网络，并分别在40公里和403公里光纤距离中演示不同用户配置连接。在进一步实验中，系统在总损耗91.5dB的540公里超低损耗光纤链路中实现2.93bps安全成码率，超越无中继密钥容量9倍。

该成果还进行了网络性能模拟。基于实验参数，量子叶脊网络在50公里光纤距离下可支持超过50名用户进行高质量视频通话。这说明芯片化量子通信网络不仅验证了长距离传输能力，也展示出未来面向多用户城域量子网络的扩展潜力。

图3 量子密钥分发网络实验成码率结果图

这一成果的意义在于，将光子集成芯片技术与远距离量子通信网络架构结合起来。传统量子通信系统通常存在设备体积大、成本高、系统复杂度高等问题，芯片化方案有助于推动发送端小型化、稳定化和低成本化，为后续大规模量子通信网络部署提供技术基础。

不过，该成果仍处于科研验证阶段。未来要进入更大规模应用，还需要继续解决芯片一致性、系统工程化、长期稳定运行、网络管理、标准接口和产业链配套等问题。尤其是在真实城域和城际网络中，量子信号传输将面临环境波动、链路损耗、节点调度和设备维护等复杂条件。

后续观察重点将集中在芯片化发送端工程化进展、量子叶脊网络扩大用户规模后的运行表现、与现有光纤通信网络的兼容能力，以及该技术是否进入城域量子通信试验网。若后续验证顺利推进，远距离芯片化量子通信网络有望成为安全通信基础设施的重要技术方向。