1.北京大学电子学院常林团队与合作者实现首个大规模量子通信芯片网络

2.清华大学物理系丁世谦团队研制出核光钟真空紫外光源

3.中国科大刷新固态量子存储效率纪录 器件体积同步缩小上千倍

1.北京大学电子学院常林团队与合作者实现首个大规模量子通信芯片网络

2026年2月11日，电子学院常林研究员团队与北京大学物理学院现代光学研究所王剑威教授、龚旗煌教授团队在国际顶级学术期刊《自然》上发表了题为“基于集成光量子芯片的大规模量子通信网络”（Large-scale quantum communication networks with integrated photonics）的突破性研究成果。研究团队成功研制出全功能集成的光学微腔光频梳光源芯片与高性能量子密钥发送芯片，并在此基础上构建了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”。该网络包含20个用户量子芯片节点与1个服务器芯片节点，总通信距离达3700公里，在芯片用户规模与空间跨度上均达到国际领先水平。研究还进一步验证了基于氮化硅和磷化铟的材料体系在光量子芯片制造中的优越性，具备晶圆级加工的高良率、高性能与强扩展性特点，为实现低成本、大规模制备奠定了工艺基础。此项突破为未来建设覆盖更远距离、容纳更多用户、支撑更大规模的实用化量子保密通信网络提供了坚实的芯片级解决方案。

论文截图

量子密钥分发芯片（QKD芯片）是实现量子通信系统小型化、设备实用化和网络规模化的重要路径之一。本工作中，研究团队在中心服务器节点采用高品质因子氮化硅光学微腔频率梳作为种子光源阵列，通过自注入锁定方式在通信波段产生线宽达赫兹量级的超低噪声相干暗脉冲频率梳，无需复杂的电子控制系统或桌面级激光器。该频率梳的梳状谱线经下行光纤分发至各用户节点并完成解复用。用户端采用了20个独立的磷化铟光量子芯片，每个QKD芯片单片集成了激光器、调制器、衰减器、密钥编码与解码器件等全部关键功能模块，实现了晶圆级制造、高良率、低成本、高性能的QKD用户芯片解决方案。

在网络中心节点，电子学院常林团队主导研制了基于氮化硅材料的高品质因子微腔光频梳芯片。通过优化100nm薄氮化硅的生产加工工艺降低波导传输损耗，结合分布反馈式激光器（DFB）与微腔直接耦合实现自注入锁定暗脉冲频率梳的产生，同时显著抑制相位噪声。该频梳工作于1550 nm通信波段，自由光谱程为30 GHz，线宽约达到了40 Hz量级，展现出优异的相干性，并可稳定连续运行超过12小时。用户端磷化铟QKD发送芯片的结构设计及电学封装后的实物图在图2d给出。片上集成分布式布拉格反射器（DBR）激光器的调谐范围如图2e所示，在注入锁定条件下，其频率与相位可高度复制种子光，线宽达到相当水平。值得强调的是，该研究还证明了微腔光梳芯片与QKD发送芯片在晶圆级工艺下表现出高度一致性与高良率，表明该技术路线具备低成本规模化制造潜力，对构建大规模量子通信网络具有关键意义。

图1基于光量子芯片的“未名号”大规模量子密钥分发网络

a 双场量子密钥分发芯片网络架构 b 20个QKD芯片和微梳光源芯片实物照片

图2 集成光量子芯片关键性能表征

a 服务器端氮化硅微腔光频梳种子激光光源芯片 b 暗脉冲光频梳光谱 c 光频梳各梳齿的频率噪声功率谱密度 d 全集成的磷化铟QKD用户发送端芯片 e 用户端本地片上激光器的波长调谐范围 f 用户端片上调制器半波电压与调制深度

图3 多用户TF-QKD芯片网络实验结果

a,b,c 长光纤信道中的相位涨落 d,e 误码率情况 f,g 20个QKD芯片用户最终成码表现

团队构建了20个用户同时运行的多波长并行网络架构。通过波分复用技术，不同用户可以同时发送量子信号。最终，系统在204公里和370公里上行链路条件下均实现低误码率运行，并在370公里处突破无中继线性码率极限，相对理论上界提升最高达251.4%。此外，在更长的下行链路条件下，系统仍保持稳定相位追踪并实现安全成码，验证了方案在实际量子网络中的可行性。本工作在国际上首次实现了基于QKD芯片的量子网络，完成了芯片设计、光源工程、信号调控、噪声管理和网络架构全部协同优化。同时这也是自2004年QKD芯片概念提出以来，首个发表于《自然》或《科学》正刊的该领域研究成果。

电子学院常林研究员团队长期从事光电子芯片集成、微腔光频梳、先进光通信与光电系统方向研究，在氮化硅、高相干光源工程以及大规模光子系统构建方面形成系统技术积累。团队依托北京大学电子学院光子传输与通信国家重点实验室等科研平台，持续推动光子芯片技术从基础研究走向系统应用。电子学院团队在光电子芯片集成与先进制造方面的积累，为此次突破提供了坚实支撑，也展现了产学研协同创新在攻克前沿技术难题中的重要作用。

北京大学物理学院国家博新计划入选者、博雅博士后郑赟，2022级博士研究生王涵与，国家博新计划入选者、博雅博士后贾新宇，电子学院2024级博士研究生黄佳辉，物理学院博士后袁慧宏（现为北京量子信息科学研究院助理研究员）为文章共同第一作者。郑赟、常林、王剑威为共同通讯作者。主要合作者还包括北京邮电大学特聘研究员石泾波；埃因霍芬理工大学副教授焦雨清；北京大学物理学院教授龚旗煌、李焱，电子学院教授王兴军；浙江大学教授戴道锌、时尧成；北京量子信息科学研究院首席科学家袁之良；北京大学物理学院博士研究生翟翀昊、刘金昌、茆峻、戴天祥（现为香港大学博士后）、傅兆瑢，本科生代君豪（现为宾夕法尼亚大学博士研究生）；北京大学电子学院博士研究生庄敏学，博士后张磊、张绪光。

本项研究工作得到了国家自然科学基金、“量子通信与量子计算机”国家科技重大专项、北京市自然科学基金、何享健青年科学家项目、中国博士后科学基金、国家博士后创新人才支持计划，以及北京大学人工微结构和介观物理全国重点实验室、北京量子信息科学研究院、山西大学极端光学协同创新中心、北京大学纳光电子前沿科学中心、北京大学长三角光电科学研究院、合肥国家实验室等的大力支持。

（来源： 北京大学）

2.清华大学物理系丁世谦团队研制出核光钟真空紫外光源

清华新闻网2月12日电 近日，清华大学物理系副教授丁世谦团队在连续波真空紫外光源方面取得重大突破，成功研制出148 nm连续波超窄线宽激光光源，首次将超稳激光技术推进至真空紫外波段，攻克了核光钟研制的“最后一个核心瓶颈”。该光源在目标波段输出功率超过100 nW，线宽远低于100 Hz，且在140至175 nm区间具备连续可调谐能力。与此前已报道的单频真空紫外光源相比，其线宽降低了近百万倍，可满足钍-229核光钟研制与核跃迁量子相干操控的核心需求。

光钟提供了最精确的时间频率基准，在导航与基础物理规律检验等方向具有重要战略价值。原子光钟以电子跃迁为参考，对外界电磁环境较为敏感，且依赖超高真空、激光冷却与囚禁等复杂实验装置，制约了其在实验室外的推广应用。近两年，核光钟研究快速发展，提出以钍-229原子核在148 nm真空紫外波段的低能核跃迁为基准。以核跃迁替代电子跃迁，有望带来光钟原理层面的范式升级。原子核处于原子内部、尺度极小，与外界电磁场的相互作用相对更弱，因此对环境扰动更不敏感，使得核光钟兼具极高精度、强抗环境扰动能力以及便携可工程化潜力，被普遍认为是当今量子精密测量领域的战略性前沿方向。

图1：镉原子共振增强四波混频过程；图2：实验示意图；图3：相机拍摄到的真空紫外光斑和干涉条纹

核光钟研制的关键瓶颈在于缺乏148 nm连续波激光。丁世谦团队突破主流的非线性晶体路线，从理论上提出基于金属蒸气四波混频的连续波真空紫外产生方案，率先在实验上实现了148 nm连续波输出，并将线宽较此前单频真空紫外激光降低了近六个数量级。该成果将为钍-229核跃迁的高分辨谱学与量子相干操控提供关键光源支撑，补齐了核光钟研制的最后一块拼图。

值得一提的是，研究团队开发了在极低激光功率条件下仍可稳定工作的相位探测方法，并从实验上发现热金属蒸气中GHz量级的多普勒与碰撞展宽并不会在四波混频过程中引入额外的相位噪声。这一发现表明，输出真空紫外光场的相干性主要受基频激光稳定度支配，从而将超稳激光技术拓展至真空紫外波段，也为面向其他关键波长与更高性能指标的相干真空紫外光源的进一步发展奠定了基础。

该光源平台具备连续波运行、相干性优异和宽范围可调谐等特点，除服务核光钟外，还可作为通用真空紫外相干光源平台，支撑铝离子原子光钟等量子精密测量研究，并服务量子信息相关实验、凝聚态角分辨光电子能谱及高分辨真空紫外谱学等前沿应用。面向半导体关键材料与工艺的真空紫外计量、芯片检测与机理研究需求，该平台有望推动高端测试表征装备与关键部件的自主可控，增强产业链关键环节韧性。

北京时间2026年2月12日，相关成果以“连续波窄线宽真空紫外激光光源”(Continuous-wave narrow-linewidth vacuum ultraviolet laser source)为题，在线发表于国际顶尖期刊《自然》（Nature），美国物理学会（APS）旗下Physics杂志（Physics Magazine）同期在Viewpoint栏目刊发评论文章专题解读。

该论文的共同第一作者为清华大学未央书院2021级本科生肖琦、物理系2023级博士研究生庞亚克（Gleb Penyazkov，国际学生）和北京量子信息科学研究院助理研究员李相良，通讯作者为清华大学物理系副教授、北京量子信息科学研究院兼聘研究员丁世谦。这是丁世谦实验室成立四年多来的首项实验成果，同时也实现了本科生作为第一作者在国际顶尖期刊发表工作的突破，体现了团队在重大任务牵引下的拔尖人才培养成效。清华大学物理系教授莫宇翔、中国计量科学研究院研究员林弋戈与清华大学物理系教授尤力等也为本工作作出了重要贡献。该研究得到了国家自然科学基金、北京市科技计划和清华大学“笃实计划”的支持。

（来源： 清华大学）

3.中国科大刷新固态量子存储效率纪录 器件体积同步缩小上千倍

郭光灿院士团队在量子网络核心器件上取得重要突破。该团队李传锋、周宗权研究组基于创新的“阻抗匹配微腔”量子存储架构，研制出效率高达80.3%、体积仅4×10⁻⁵ mm³的固态量子存储器，效率创世界纪录，且体积较现有器件缩小上千倍。该成果2月11日发表在国际知名学术期刊《自然·光子学》。

光量子存储器是构建量子中继和未来量子互联网的核心器件，直接决定量子网络的规模与速率。其中，50%的存储效率被称为“非克隆界限”，超过这一界限意味着可利用的光子多于丢失的光子，是器件迈向实际应用的关键阈值。在以往研究中，为了实现高存储效率，研究人员普遍依赖增大介质尺寸来增强光吸收能力，导致器件体积庞大（0.1 mm³-10⁴ mm³量级），制约了其规模化集成与应用。

面对这一挑战，中国科大团队独辟蹊径，构建了基于“阻抗匹配微腔”的全新量子存储架构（图1）。研究团队基于掺铕硅酸钇晶体设计了两种新型的微腔增强量子存储器：一种是利用激光在晶体内部雕刻光波导，镀膜形成波导腔；另一种则将晶体薄膜耦合开放式的光纤微腔。

图1：“阻抗匹配微腔”量子存储装置图，左侧为波导腔，右侧为光纤微腔

该架构的创新之处在于摒弃了传统的“以体积换性能”思路，而是通过微腔的光干涉效应实现对光子的完美吸收。当微腔透过率与稀土离子吸收率相等（即阻抗匹配）时，仅需200微米厚的晶体薄膜即可近乎完美地捕获单个光子。这一尺寸与头发丝的直径相当，整个存储装置的体积仅4×10-5mm3。该微型量子存储装置最终实现了80.3%的单光子存储效率，并且在突破50%效率阈值的条件下，实现了20个时间模式的并行存储。

该成果一举打破保持了16年的固态量子存储效率世界纪录（69%），并同步将器件体积缩小上千倍，成功解决了长期以来“高效率”与“小体积”难以兼得的技术难题（如图2红框所示）。这为实现高速量子中继、大容量可移动存储及规模化量子网络奠定了关键基础。审稿人对此给予高度评价：“Both cavity-enhanced memory efficiencies exceeded the 50% no-cloning threshold, representing a major milestone in integrated photonic quantum memories. These results set a new bar for photonic quantum memory technology, especially in a small device form factor enabling scalable manufacturing and high memory capacity.”（两种腔增强存储的效率都超过了50%的非克隆界限，这是集成光量子存储领域的重大里程碑。这一成果为光量子存储技术树立了新标杆，其小型化的器件形态尤为关键，为规模化制造与大容量存储奠定了基础。）”。“While they achieve record efficiencies…they also demonstrate several essential and useful features, including the storage of non-classical light, temporal multiplexing, on demand recall, and the possibility of spectral multiplexing, with efficiencies higher than the 50 % threshold.”（他们不仅实现了破纪录的存储效率…还展示了多项关键而实用的功能，包括量子光场存储、时域复用、按需读取以及频谱复用能力，且效率均高于50%阈值。）

图2：量子存储器的效率及装置体积对比，红框圈出的是本成果的结果

该成果由博士后靳明、博士生孟若然、刘肖副研究员完成光纤微腔存储实验，博士生刘沛希和朱天翔副研究员完成波导腔存储实验，博士后梁澎军生长高质量掺铕硅酸钇晶体，张超特任教授制备窄线宽量子光源。研究工作得到了合肥国家实验室、国家自然科学基金委以及中国科学院的资助。周宗权得到中国科学院青年创新促进会优秀会员的资助。（来源： 中国科学技术大学）