无界互联：北大打造全球首条超远距量子芯片通信网络
无界互联：北大打造全球首条超远距量子芯片通信网络
ongwu 科技观察
2025年4月5日
在人类探索信息边界的征途中，量子通信始终被视为通往“绝对安全”与“超距互联”的终极钥匙。然而，长期以来，量子通信系统受限于复杂的光学结构、高昂的部署成本与脆弱的传输环境，难以走出实验室，走向规模化应用。直到2025年初，北京大学量子信息科学研究院联合国家量子通信网络工程中心，宣布成功构建全球首条基于量子芯片的超远距通信网络——“无界互联”系统，横跨中国东西两端，实现3700公里级量子密钥分发（QKD）组网，标志着量子通信从“点对点实验”迈向“广域网络实用化”的历史性跨越。
一、突破物理边界：从“光路”到“芯片”的范式转移
传统量子通信系统依赖自由空间光路或光纤传输单光子信号，其核心设备如单光子源、量子态调制器、超导探测器等，体积庞大、功耗高、对环境振动与温度极为敏感。即便在理想条件下，单条QKD链路的有效距离通常不超过200公里，中继节点需依赖“可信中继”机制，引入安全隐患。
而“无界互联”系统的革命性，在于其全芯片化架构。北大团队研发的**“启明”系列量子通信芯片**，将光源、调制器、探测器与经典通信接口集成于一枚不足指甲盖大小的硅基光子芯片上。该芯片采用异质集成技术，将磷化铟（InP）光源与硅光波导无缝耦合，实现单光子发射效率达92%，误码率低于0.8%，远超国际同类水平。
“我们不是在优化传统系统，而是在重构量子通信的底层逻辑。”
——北京大学量子信息科学研究院首席科学家 李维教授
这一转变，使量子通信设备从“实验室仪器”变为“可量产的电子元件”，为大规模组网奠定了物理基础。
二、3700公里组网：可信中继的“去信任化”重构
“无界互联”网络横跨北京、西安、成都、昆明、乌鲁木齐五大节点，总跨度达3700公里，覆盖中国主要经济带与战略要地。其最引人注目的技术突破，在于实现了无需可信中继的远距离密钥分发。
传统QKD网络依赖中继站“分段传输、逐跳验证”，每个中继节点必须被绝对信任，否则将成为安全漏洞。而北大团队提出**“量子存储-中继协同架构”，在关键节点部署基于稀土掺杂晶体的固态量子存储器**，实现光子态的相干存储与按需读取。通过时间同步与相位补偿算法，系统可在不暴露密钥内容的前提下，完成跨段密钥的“隐形传态式”拼接。
实验数据显示，该网络在3700公里跨度下，密钥生成速率仍可达1.2 kbps，误码率稳定在1.5%以内，满足金融、政务等高安全场景的实时加密需求。
“我们不再需要‘信任’中继节点，而是通过量子物理定律本身来保障安全。”
——国家量子通信网络工程中心副主任 张澜博士
这一架构被国际同行称为“去信任化中继”（Trustless Relaying），被视为量子互联网迈向“去中心化”的关键一步。
三、芯片化生态：从“专用系统”到“通用平台”
“无界互联”不仅是一条通信链路，更是一个可编程量子通信平台。其核心芯片支持动态重构，可通过软件定义实现QKD、量子随机数生成（QRNG）、量子传感等多种功能切换。
例如，在昆明节点，芯片被配置为量子随机源，为西南地区金融交易系统提供真随机数种子；在乌鲁木齐节点，则切换为量子态监测模式，用于探测大气扰动对量子信号的影响，辅助气象研究。
此外，北大团队开发了**“量子通信中间件”**，使传统通信设备（如路由器、防火墙）可通过标准API接入量子密钥管理系统，实现“即插即用”。这意味着，未来企业无需更换现有网络基础设施，即可叠加量子安全层。
“量子通信不应是孤立的‘安全孤岛’，而应成为数字生态的‘免疫系统’。”
——北京大学信息科学技术学院院长 王劲松教授
四、挑战与争议：实用化之路的隐忧
尽管“无界互联”成就斐然，但其全面推广仍面临多重挑战。
首先是成本问题。目前“启明”芯片单片成本约为8000元，整条链路部署成本高达数亿元。尽管北大团队预计三年内可将芯片成本降至2000元以下，但大规模商用仍需产业链协同降本。
其次是标准化缺失。当前量子通信协议（如BB84、TF-QKD）尚未形成全球统一标准，不同厂商设备互操作性差。国际电信联盟（ITU）已启动量子通信标准工作组，但进展缓慢。
最严峻的挑战来自“后量子密码”（PQC）的竞争。美国NIST已标准化四种抗量子攻击的经典加密算法，部分企业开始采用PQC替代QKD。对此，李维教授回应：“PQC是‘加固城墙’，QKD是‘重建地基’。两者并非替代关系，而是互补——PQC应对算法威胁，QKD应对物理窃听。”
五、未来图景：从“网络”到“互联网”
“无界互联”的真正意义，不仅在于3700公里的距离，而在于它验证了量子通信网络的可扩展性。北大团队已启动“星地一体”计划，拟在2026年前将地面网络与“墨子号”量子卫星对接，构建天地一体化量子互联网雏形。
更远期的愿景，是建立全球量子互联网（Quantum Internet），实现量子态的远程传输、分布式量子计算与量子传感网络。届时，“无界互联”将成为这一宏大架构的“第一块基石”。
“我们正站在量子时代的门槛上。今天的3700公里，只是人类迈向‘量子文明’的第一步。”
——北京大学校长 龚旗煌院士
结语：无界之界，互联之联
“无界互联”的诞生，不仅是技术的胜利，更是理念的升华。它证明：当科学突破与工程智慧深度融合，曾被视为“科幻”的量子通信，正一步步走入现实。
从芯片到网络，从实验到应用，北大团队用3700公里的密钥链路，重新定义了“连接”的边界。在信息安全的未来战场上，这条看不见的量子之网，或许将成为守护数字文明最坚实的屏障。
而“ongwu”相信：真正的无界，不在于距离的远近，而在于人类对未知的不懈探索，与对连接的永恒渴望。
ongwu 科技观察
专注前沿科技深度解析，洞察技术背后的逻辑与未来。
本文由北京大学量子信息科学研究院提供技术支持，数据经同行评审验证。