物理学家让玻璃变身“量子防伪神器”

来自帕多瓦大学、米兰理工大学和意大利国家研究委员会光子学与纳米技术研究所的研究人员发现，一种日常常见的材料——硼硅酸盐玻璃，竟能成为构建先进量子器件的理想平台。他们利用飞秒激光直写技术，在玻璃内部‘雕刻’出三维光波导电路，成功研制出一款高性能、全可调的外差式量子相干接收器。这种接收器是连续变量量子通信（如量子密钥分发QKD和量子随机数生成QRNG）的核心部件，用于同时精确测量光波的振幅和相位（即两个共轭量子分量）。相比主流的硅基芯片，玻璃具有天然偏振无关性、环境稳定性高、光学损耗极低（插入损耗仅约1分贝）、三维布线灵活等优势；其光波导尺寸与标准通信光纤高度匹配，耦合效率高，且无需昂贵的半导体洁净室制造流程，便于快速原型开发和规模化生产。实测表明：该芯片抗经典噪声能力强（共模抑制比超73分贝），性能在至少8小时内保持稳定；作为随机数发生器时，实现42.7 Gbit/s的安全比特率（当前同类系统最高纪录）；用于四相相移键控（QPSK）型量子密钥分发时，在模拟9.3公里光纤链路上达成3.2 Mbit/s的成码率。更重要的是，同一块玻璃芯片可无缝切换两种任务，无需更换硬件。研究还指出，玻璃化学性质惰性、耐温耐震，甚至有望应用于空间量子通信等严苛场景。这项工作标志着量子光子器件正从实验室走向可靠、低成本、可扩展的实际部署，为构建全球性量子网络提供了新路径。