集成光量子芯片技术在量子信息处理、计算、通信和传感等方面具有诸多优点，本文简要总结了光量子芯片在量子通信及其相关方面的研究进展和潜在应用前景。光量子通信芯片通过光电子器件集成和微纳加工，发展面向量子密钥分发和量子网络等应用，具有低成本、高性能、微型化、可便携、与传统光纤通信系统相兼容以及可与微电子芯片相融合等特点。本文简述了面向量子密钥分发功能和面向量子网络功能的光量子芯片发展现状。2004年日本NTT报道了首例基于集成光子芯片的量子密钥分发演示实验，2017年英国布里斯托尔大学首次实现了基于铟磷芯片的量子密钥分发功能演示，单片集成了激光器等核心器件并演示了核心量子密钥分发协议。近年来，英国布里斯托尔大学、丹麦科技大学、中国科学技术大学、南京大学等多个课题组实现了基于光子芯片的测量器件不相关量子密钥分发功能演示。2016年英国布里斯托尔大学首次演示了光子芯片间的量子纠缠分发功能，2020年北京大学与布里斯托尔大学报道了首个光芯片间的量子隐形传态功能演示。

北京大学、南京大学、中国科学技术大学、中山大学等多个课题组报道了高性能的波导集成参量纠缠光源和自生长半导体量子点纠缠光源。量子存储是实现量子网络的关键器件，加拿大卡尔加里大学、中国科学技术大学、美国加工理工学院等课题组在基于集成光波导的稀土离子固态量子存储领域取得了一些了重要突破。基于集成光学的量子通信芯片技术有望应用于光纤量子通信系统和短距离自由空间量子通信系统，为其提供微小型、低成本、高稳定和高灵活便携的量子密钥分发器件。同时，大规模集成光量子芯片技术有望应用于未来量子网络中的量子信息处理节点，并与波导型量子存储器协同组建芯片集成化的可扩展量子网络。

图1. 集成硅光子QKD发射器。(a) 偏振编码PM-QKD发射机，由环形调制器、VOAs和极化调制器组成。(b) 高速QKD的三种实现。(c) III-V在硅波导集成激光器上产生的WCPs之间的HOM干涉。(d) 极化编码MDI-QKD与集成硅光子学。

Chip-based quantum communications

Qingqing Wang, Yun Zheng, Chonghao Zhai, Xudong Li, Qihuang Gong, Jianwei Wang

J. Semicond. 2021, 42(9): 091901

doi:?10.1088/1674-4926/42/9/091901

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