快科技 6 月 20 日消息，据 " 量子科话 " 公众号消息，我国科研团队成功实现基于双场量子密钥分发（TF-QKD）协议的芯片化量子通信网络，并在 540 公里光纤链路中完成安全密钥传输。

该成果由合肥国家实验室、中国科学技术大学潘建伟、徐飞虎等，与中山大学、上海交通大学等单位合作完成，相关论文已发表于国际权威期刊《自然 · 光子学》。

据了解，量子密钥分发（QKD）可让相距较远的用户共享具备信息理论安全性的密钥，结合 " 一次一密 " 等加密方式，能够在原理上实现无条件安全通信。

其中，TF-QKD 可突破传统 QKD 成码率的线性界限，大幅拓展传输距离，是构建远距离光纤量子通信网络的重要方案。

不过，该技术需要让两个相互独立的远程激光器实现单光子干涉，光源频率的微小偏差以及光纤链路波动，均会影响干涉质量。

复杂的系统结构也成为制约其网络化部署和规模化应用的瓶颈之一。

针对这一难题，研究团队研发出 TF-QKD 混合集成芯片化发送端，由氮化硅自注入锁定激光器芯片和薄膜铌酸锂光子集成芯片组成。

氮化硅与薄膜铌酸锂混合集成光子芯片

其中，片上激光器可实现 100Hz 窄线宽输出，薄膜铌酸锂调制器则实现 25GHz 调制带宽、2.6V 半波电压和 34dB 消光比，可满足 TF-QKD 对光源相干性及量子态调制的严格要求。

在网络架构方面，团队进一步提出由用户层、叶层和脊层组成的 " 量子叶脊网络 "，通过光开关和测量单元完成量子信号的路由与测量，实现城域、城际不同用户之间的灵活切换和连接。

基于上述技术，研究团队搭建了四用户芯片化 TF-QKD 网络，并分别在 40 公里和 403 公里光纤链路中完成不同用户配置的连接演示。

四用户集成芯片化量子密钥分发网络系统图

在总损耗达 91.5dB 的 540 公里超低损耗光纤链路中，该网络实现 2.93bps 的安全成码率，达到无中继密钥容量的 9 倍以上。

实验参数模拟结果还显示，在 50 公里光纤距离下，该网络可支持超过 50 名用户进行高质量加密视频通话。

据介绍，该成果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，为未来建设大规模、低成本、可扩展的量子通信网络奠定了重要基础。

量子密钥分发网络实验成码率结果图