我国量子通信新突破：潘建伟团队构建芯片化量子通信网络，突破 540km 光纤传输距离

IT之家 6 月 20 日消息，合肥国家实验室、中国科学技术大学的潘建伟、徐飞虎等研究人员，联合中山大学、上海交通大学等单位，成功实现了基于双场量子密钥分发（TF-QKD）协议的芯片化量子通信网络。相关研究成果于 2026 年 6 月 19 日在线发表于国际学术期刊《自然 · 光子学》（Nature Photonics）。图 1 氮化硅与薄膜铌酸锂混合集成光子芯片量子密钥分发（QKD）技术能够为远距离用户之间提供具有信息论安全性的密钥，结合一次一密等加密方式，可在原理上实现无条件安全的通信。双场量子密钥分发协议是近年来提出的重要方案，它能够突破传统 QKD 成码率的线性界限，显著拓展传输距离，为实现远距离光纤量子通信网络提供了可行路径。然而，该协议在实际应用中面临苛刻的技术要求 —— 两个远程独立激光器之间需要实现单光子干涉，光源频率的微小偏差以及光纤链路的波动都会对干涉质量产生影响，导致系统复杂度高，限制了其网络化部署能力。图 2 四用户集成芯片化量子密钥分发网络系统图针对这些难题，研究团队发展了实现 TF-QKD 的混合集成芯片化发送端。该发送端由两部分组成：一是基于高品质因子氮化硅（Si3N4）微环谐振腔的自注入锁定激光器芯片，二是集成了多个强度调制器、相位调制器和可变光衰减器的薄膜铌酸锂（TFLN）光子集成芯片。其中，片上激光器实现了 100Hz 的窄线宽输出，薄膜铌酸锂调制器则达到了 25GHz 的调制带宽、2.6V 的半波电压和 34dB 的消光比，能够满足 TF-QKD 对光源相干性和量子态调制的严格要求。在网络架构方面，研究团队提出了量子叶脊网络结构。该网络由用户层、叶层和脊层组成，用户通过发送端接入网络，通过叶层与脊层中的光开关和测量单元进行量子信号的路由和测量，从而实现城域和城际间不同用户的灵活切换与连接，提高了量子通信网络的用户容量、可扩展性和鲁棒性。图 3 量子密钥分发网络实验成码率结果图在此基础上，研究团队构建了四用户芯片化 TF-QKD 网络，分别在 40 公里和 403 公里距离的光纤中演示了不同用户配置的连接。进一步地，团队在总损耗达 91.5dB 的 540 公里超低损耗光纤链路中实现了 2.93bps 的安全成码率，超过无中继密钥容量 9 倍。此外，基于实验参数的网络性能模拟表明，该网络在 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。该项工作结合了光子集成芯片技术与可扩展量子通信网络架构，验证了芯片化发送端在远距离量子通信网络中的应用潜力。该研究得到了国家科技重大专项、国家自然科学基金委、科技部、中国科学院、安徽省、上海市和新基石基金会等的支持。IT之家附论文地址：https://www.nature.com/articles/s41566-026-01944-w