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资料介绍
光芯片在量子技术中的应用从量子密钥分发到量子计算
引言
量子技术是光芯片最具前沿性的应用领域，光量子芯片在量子密钥分发、量子计算和量子传感中发挥着核心作用。2026年，光芯片在量子技术中的应用正从实验室研究走向工程化部署，量子密钥分发芯片已在城域量子通信网络中应用，光量子计算芯片在玻色采样等特定问题上展现出超越经典计算的潜力。量子点单光子源和超导纳米线单光子探测器等光芯片器件，是量子信息处理的关键使能技术。
量子密钥分发
QKD系统
量子密钥分发（QKD）利用单个光子的量子态传输密钥信息，实现理论上不可破解的加密通信。2026年，芯片化QKD系统已在城域量子通信网络中部署，量子密钥分发芯片将光源、编码、解码和探测功能集成在单一芯片上。
量子密钥分发是光芯片在量子技术中最早实现商业化的应用，芯片化QKD系统的尺寸从过去的机柜级缩小至模块级，成本降低了一个数量级，为QKD的大规模部署奠定了基础。
光芯片需求
1. 单光子源：量子点单光子源或衰减激光器，产生单个光子
2. 相位编码器：马赫-曾德尔干涉仪，实现量子态的相位编码
3. 单光子探测器：SPAD或SNSPD，检测单个光子
光量子计算
玻色采样
光量子计算利用多光子干涉实现特定的量子计算任务，在玻色采样问题上展示了量子计算的优越性。2026年，九章四号光量子计算原型机刷新了世界纪录。
光芯片需求
1. 量子光源：纠缠光子对或单光子源
2. 线性光学网络：定向耦合器和移相器阵列，实现光子操控
3. 单光子探测器阵列：SNSPD阵列，检测多光子输出
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