量子通信领域迎来重要进展，合肥国家实验室与中国科学技术大学的研究团队，携手中山大学、上海交通大学等科研力量，成功开发出基于双场量子密钥分发（TF-QKD）协议的芯片化量子通信网络。这一突破性成果于国际权威学术期刊《自然·光子学》在线发表，标志着我国在量子通信网络技术上迈出关键一步。
量子密钥分发（QKD）技术通过物理原理保障通信安全，其核心优势在于能够为远距离用户提供理论上无条件安全的密钥。然而，传统QKD技术在成码率和传输距离上面临瓶颈。双场量子密钥分发协议作为近年提出的创新方案，通过突破线性成码率限制，为构建远距离光纤量子通信网络提供了可行路径。但该协议对技术条件要求极为严苛，尤其是需要实现两个远程独立激光器的单光子干涉，光源频率偏差和光纤链路波动都会显著影响系统性能。
研究团队针对这些技术难题，开发出混合集成芯片化发送端。该装置由两部分关键组件构成：一是基于氮化硅微环谐振腔的自注入锁定激光器芯片，可实现100Hz窄线宽输出；二是集成多个调制器的薄膜铌酸锂光子芯片，具备25GHz调制带宽、2.6V半波电压和34dB消光比的优异性能。这种设计既满足了TF-QKD对光源相干性的严苛要求，又实现了量子态的高精度调制。
在网络架构创新方面，研究团队提出量子叶脊网络结构。该架构通过用户层、叶层和脊层的分层设计，利用光开关和测量单元实现量子信号的智能路由。这种模块化设计使网络具备灵活的用户接入能力，可支持城域和城际间的动态连接，显著提升了量子通信网络的用户容量和可扩展性。实验数据显示，该架构在50公里光纤距离下可支持超过50名用户同时进行高质量视频通话。
实验验证环节，研究团队构建了四用户芯片化TF-QKD网络，在40公里和403公里光纤链路中成功演示了不同用户配置的稳定连接。特别值得关注的是，在总损耗达91.5dB的540公里超低损耗光纤中，系统仍实现了2.93bps的安全成码率，较无中继密钥容量提升9倍。这项成果通过光子集成芯片技术与可扩展网络架构的深度融合，充分验证了芯片化发送端在远距离量子通信中的实用价值。
该研究得到国家科技重大专项、国家自然科学基金委等多家机构的联合支持，其技术突破为构建实用化量子通信网络奠定了重要基础。研究团队开发的混合集成芯片方案，不仅解决了传统系统复杂度高的问题，更为量子通信技术的规模化部署提供了新的技术路径。
