近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所李浩、舒志运、尤立星等人在超导-硅光集成光量子芯片方面取得进展，并完成低温节点间可拓展量子纠缠分发网络的构建，相关成果以“Multiuser entanglement distribution network across cryogenic nodes enabled by integrated photonic chips”为题发表于一区学术期刊npj Quantum Information（论文链接：https://doi.org/10.1038/s41534-026-01262-7）。
图 1 低温芯片间的量子纠缠分发网络架构及实验示意图。
随着量子信息科学的快速发展，可拓展量子网络凭借其能够向多个用户节点分发纠缠资源的特性，将成为实现分布式量子计算、量子保密通信与量子精密测量等应用的核心基础设施。实际应用中，量子点、离子阱与量子存储等多类量子节点均工作在极低温环境中。为了走向量子网络的实际部署，如何实现低温节点间的互联尤为重要，这给量子网络的构建带来了挑战。
针对这一前沿难题，研究团队在前期成功研制出单片异质集成泵浦滤波与单光子探测功能的纠缠接收芯片的基础上，进一步实现了基于集成光子芯片、跨越多个低温量子节点的可拓展多用户纠缠分发网络（如图1）。该方案中，研究团队基于自发四波混频效应，利用一个包含1厘米长硅螺旋波导的光子芯片作为纠缠发送芯片，将其放置于2.2 K的极低温环境中，并向其他低温节点供给宽带能量-时间纠缠光子对。随后，这些纠缠光子对通过标准的密集波分复用器进行多路复用，并分发至处于极低温环境中的多个纠缠接收芯片。
每个纠缠接收芯片都单片异质集成了硅基无源泵浦滤波器与超导纳米线单光子探测器（SNSPD），能够在探测之前将毫瓦级别的强泵浦光滤除，以避免对纠缠光子对的接收产生影响。实验测得在2.2 K的工作温度下，片上泵浦滤波器的滤波抑制比超过56 dB，两组片上SNSPD的系统探测效率分别达到7.1%与6.5%（如图2）。
图 2 低温芯片制备结果及性能表征。
为了验证该方案的可行性，研究团队使用十个纠缠光子波长通道，构建了一个五用户节点的全连接量子网络。在这种网络拓扑结构下，每位用户节点均可接收四个不同波长通道的纠缠光子，从而实现任意两两用户之间纠缠通道的建立。在两组非正交测量基下，实验测得所有十个通道组合的Franson双光子干涉原始可见度均超过86%（如图3），显著违背了贝尔不等式，证明了该量子网络架构在低温节点间的成功建立，展现了其在未来实用化、可拓展量子网络构建中的应用潜力。
图 3 所有十组纠缠通道组合的双光子干涉表征结果。
论文第一作者为上海微系统所博士后舒志运，通讯作者为上海微系统所李浩研究员。该研究得到了科技创新2030重大项目（2023ZD0300100）、上海市量子重大专项（2019SHZDZX01） 以及国家自然科学基金（U24A20320, 62401554）的资助。
