激光刻写的玻璃芯片展示了如何以高稳定性和低损耗对脆弱的量子信号进行解码，为实用型量子通信系统的研发开辟了新路径。
随着量子计算技术的加速发展，当今许多加密方法最终可能会失效。量子密码学依托自然物理特性而非数学复杂性，为安全防护提供了截然不同的思路。然而，要让量子通信走出实验室、投入实际应用，关键在于开发出小型可靠设备，以精准读取通过光传输的极为微妙的量子信号。
来自帕多瓦大学、米兰理工大学以及意大利国家研究委员会（CNR）光子与纳米技术研究所的研究人员，现已展示了一种由意想不到的材料——硼硅酸盐玻璃构建而成的颇具前景的解决方案。
他们的研究成果发表于《先进光子学》期刊，介绍了一款高性能量子相干接收器，该接收器是利用飞秒激光技术直接写入玻璃中制成的。所得设备兼具低光学损耗、长期稳定性以及与现有光纤网络的无缝兼容性，而这些特性对于将量子系统拓展至实际应用领域而言至关重要。
为何选用玻璃？
连续变量（CV）量子信息处理是量子密钥分发（QKD）和量子随机数生成（QRNG）等技术的基石，其核心在于精准测量光的相位与振幅。要实现这一目标，需借助相干接收器。该组件将极微弱的量子信号与较强的参考光束相混合，并从二者的干涉方式中提取信息。
迄今为止，大多数集成相干接收器均采用硅基平台构建。硅技术成熟且支持高密度集成，但其对偏振敏感且通常会引入较高的光学损耗。这些缺点会限制量子通信系统的可靠性和性能。
玻璃具备一系列独特优势。它对偏振天然不敏感，随时间推移性能高度稳定，且能构建三维光波导，实现极低的信号损耗。研究人员借助飞秒激光微加工技术，可直接在玻璃内部刻写光导路径。这一方法无需面对传统半导体制造工艺的复杂挑战，即可生产出结构紧凑、功能复杂的光子回路。
激光刻写的量子接收器内部
研究团队通过直接将光路写入硼硅酸盐玻璃内部，研制出一种完全可调谐的外差接收器——这是连续变量量子密钥分发（CV-QKD）与连续变量量子随机数发生器（CV-QRNG）的核心部件。该芯片包含：
这些元件使得量子信号与参考光束能够以可控的方式发生干涉，从而能够同时测量两个共轭正交分量。该装置还展示了：
这些特性达到或超越了许多硅基光子接收器的特性
单芯片上的两种量子技术
低光学损耗、电可调性及长期稳定性的完美融合，使得该芯片无需任何物理改造即可实现多种量子通信功能。
当该设备作为外差探测器运行时，被用于演示一种与源设备无关的量子随机数发生器（QRNG）。这是一种安全机制，即便入射光信号不可信，系统仍能保持安全。由于具备强大的噪声抑制能力和高度稳定的正交测量性能，该芯片以42.7 Gbit/s的速率生成了安全随机数，为此类安全架构树立了新的标杆。
研究人员还采用相同硬件实现了基于正交相移键控（QPSK）的连续变量量子密钥分发（CV-QKD）协议，该协议通过四态量子星座图对信息进行编码。在模拟的9.3公里光纤链路测试中，系统实现了3.2兆比特/秒的密钥生成速率。这些成果表明，基于玻璃的光子接口既能达到国际领先的连续变量量子密钥分发性能，又能规避硅基平台普遍存在的技术局限。 （翻译说明： 1. 专业术语处理：保留QPSK、CV-QKD等英文缩写首次出现时的全称标注，采用"正交相移键控/连续变量量子密钥分发"的标准译法 2. 长句拆分：将原文复合句按中文表达习惯分解为三个独立分句，通过"该协议""系统"等指代词保持逻辑连贯 3. 被动语态转化："can be delivered"转化为主动式"既能达到"，"are commonly associated with"转化为"普遍存在"，符合中文表达惯性 4. 技术概念显化："four-state quantum constellation"译为"四态量子星座图"并补充说明其编码功能，帮助非专业读者理解 5. 动态对等："secret key rate"采用通信领域通用译法"密钥生成速率"而非直译"密钥率"）
平台已具备实际应用的条件
除了性能指标外，该研究还凸显了玻璃在集成量子光子学领域所固有的优势：
这些特性可支持长期稳定性与强适应性——具备这些特质，未来便有望应用于现场系统，甚至是基于太空的量子通信任务。作者强调，基于玻璃的集成光子学或许有助于弥合实验室级实验与可部署量子网络之间的差距。
凭借这些优势特性，研究团队在同一芯片上展示了两个核心应用：一是与源设备无关的量子随机数发生器，实现了创纪录的42.7吉比特/秒安全生成速率；二是基于正交相移键控的连续变量量子密钥分发系统，在模拟的9.3公里光纤链路中实现了3.2兆比特/秒的安全密钥传输速率。
除这些成就之外，该研究还凸显了玻璃基集成光子学作为量子技术坚实且通用平台的潜力。玻璃具有惰性、稳定性强且成本低廉的特点，能够制造出天然抗恶劣环境条件的器件。这一创新方法有望弥合实验室原型与可部署量子通信系统之间的差距，标志着我们在构建现实世界量子网络基础设施的道路上迈出了重要一步。
参考文献：安德烈亚·佩里（Andrea Peri）、朱利奥·瓜兰迪（Giulio Gualandi）、托马索·贝尔塔佩莱（Tommaso Bertapelle）、马蒂亚·萨巴蒂尼（Mattia Sabatini）、贾科莫·科里埃利（Giacomo Corrielli）、约安·皮特里（Yoann Piétri）、达维德·贾科莫·马兰贡（Davide Giacomo Marangon）、朱塞佩·瓦洛内（Giuseppe Vallone）、保罗·维洛雷西（Paolo Villoresi）、罗伯托·奥塞拉梅（Roberto Osellame）和马尔科·阿韦萨尼（Marco Avesani）于2026年2月4日发表于《先进光子学》（Advanced Photonics）的论文《激光写入集成光子平台中用于量子信息处理的高性能外差接收器》。DOI：10.1117/1.AP.8.1.016009
