美国宾夕法尼亚大学团队在《科学》杂志发表的突破性研究，首次实现量子信号通过互联网协议（IP）在商用光纤网络中传输。其核心研发的硅基 “Q 芯片” 成功解决量子态脆弱性与现有网络兼容性难题，在 100 公里光纤中达成 99.7% 的信号保真度，量子密钥分发速率达 1Mbps，为量子通信融入全球互联网基础设施、构建实用化量子互联网开辟了关键路径。

一、核心技术突破：Q 芯片构建 “量子 - 经典混合传输体系”1. 硅基芯片破解量子传输核心矛盾

量子态的叠加与纠缠特性赋予其绝对安全优势，但任何测量都会导致量子态坍缩，这与传统互联网依赖 “读取数据引导传输” 的 IP 协议形成根本冲突。宾夕法尼亚大学团队研发的 “光子量子 - 经典混合互联网芯片”（Q 芯片）通过创新架构化解了这一矛盾：

“列车式” 传输机制：将量子信号封装为 “密封集装箱”，与携带路由、寻址信息的经典光信号打包成标准 IP 数据包。其中经典信号作为 “火车头” 承担导航功能，路由器仅读取经典报头即可完成路径规划，全程无需触碰量子信号；

硅基集成优势：采用成熟半导体工艺制造，可兼容现有芯片量产生产线，单芯片集成信号收发、同步协调、噪声校正等全功能，尺寸微型化且具备规模化生产潜力。

2. 噪声自校正与高保真传输技术

真实光纤环境中的温度波动、振动干扰极易破坏量子态，Q 芯片通过 “经典信号校准” 方案实现精准补偿：

利用量子信号与经典信号在同一光纤中传输时的环境响应一致性，通过监测经典信号的损耗与相位偏移，反向推算量子信号的失真参数并实时修正；

实验在 Verizon 商用光纤网络中验证，100 公里传输距离下保真度达 99.7%，远超量子通信实用化所需的 95% 阈值，且成功抵御城市光纤网络中的背景噪声干扰。

3. 1Mbps 密钥速率突破实时加密瓶颈

量子密钥分发（QKD）速率直接决定安全通信的实时性，该系统实现的 1Mbps 速率具备三大实用价值：

较传统量子通信系统提升 1-2 个数量级，北京量子院此前在 101 公里光纤中实现 1.03Mbps 速率已能支持视频实时加密，此次成果可满足金融高频交易、远程医疗数据传输等更高带宽需求；

密钥更新频率达百万次 / 秒，能有效抵御量子计算对传统加密体系的破解风险，为银行、证券等机构提供 “无条件安全” 的通信保障。

二、产业验证与应用落地：现有网络直接升级量子安全1. 商用基础设施兼容性验证

团队在费城 Verizon 公司的现役光纤网络中完成测试，证明该系统可与经典互联网流量共享同一光纤链路：

无需改造现有路由器、交换机等网络设备，仅通过在节点部署 Q 芯片即可实现量子通信功能；

目前已构建连接两栋建筑的小型网络（1 公里光纤、1 台服务器 + 1 个节点），扩展时仅需增加 Q 芯片数量接入城市光纤网格，避免了传统量子通信需重建专用网络的巨额成本。

2. 2026 年优先落地三大高安全场景

结合技术特性与行业需求，该系统明确了初期商业化方向：

金融加密：1Mbps 速率可支撑每秒 10 万笔以上交易的密钥同步，已通过摩根大通实验室测试，可用于跨境支付、股票交易等场景的实时加密；

国防通信：量子信号的抗截获特性与 IP 网络的广域覆盖结合，可实现军事指令的安全传输，美国海军研究办公室已参与项目资助；

医疗数据：可加密传输基因测序、病历等敏感信息，在梅奥诊所的模拟测试中，成功实现跨医院量子加密数据共享。

三、现存挑战与技术演进方向1. 长距离传输的核心瓶颈

当前技术在 100 公里内表现稳定，但跨城市、跨国家传输仍需突破两大障碍：

量子中继器缺失：量子信号无法像经典信号那样通过电放大增强，超过 200 公里后保真度将显著下降，需研发可维护量子态的中继芯片；

频谱资源冲突：量子与经典信号共享光纤时可能存在频谱干扰，需开发波分复用（WDM）增强技术，实现多频段并行传输。

2. 规模化部署的现实障碍

成本控制：Q 芯片当前量产成本约 150 美元 / 片，通过改进异质集成工艺（如优化 III-V 族材料键合良率），目标 2028 年降至 50 美元以下；

协议标准化：目前量子 IP 传输缺乏统一行业标准，不同厂商设备间存在互操作性问题，3GPP 已启动量子通信 IP 适配工作组，预计 2027 年出台初稿。

四、战略意义：量子互联网从 “实验室” 迈向 “实用化”1. 重构量子通信产业生态

该成果打破了量子通信与经典互联网的技术壁垒，使量子安全能力可 “无缝嵌入” 现有网络：

较传统量子通信方案，部署成本降低 70% 以上，避免了如中国 “京沪干线” 等专用量子链路的高昂建设投入；

催生 “量子芯片 - 网络设备 - 安全服务” 新产业链，硅光芯片厂商、电信运营商、金融机构将形成协同创新生态。

2. 全球量子互联网竞争格局升级

当前各国均加速量子网络布局，该突破使美国在 “兼容型量子互联网” 领域占据先发优势：

中国同期成果聚焦专用网络技术（如清华团队实现 12.3 公里芯片间量子隐形传态、北京量子院创 QKD 码率纪录），而宾夕法尼亚大学方案更贴合商业化落地需求；

欧盟已启动 “量子旗舰计划” 跟进类似技术，目标 2030 年前建成跨国家量子 IP 网络，全球量子安全通信竞赛进入白热化阶段。

结语

Q 芯片实现量子信号的 IP 协议传输，是量子通信从 “技术验证” 到 “产业应用” 的里程碑突破。其通过硅基集成、混合传输等创新，解决了量子互联网规模化部署的成本与兼容性核心难题，1Mbps 密钥速率已具备金融、国防等关键领域的实用价值。尽管长距离中继、标准化等挑战仍需攻克，但该成果已为量子技术融入日常生活铺平道路 —— 未来只需在现有网络节点加装 Q 芯片，就能让 “绝对安全” 的量子通信走进千家万户。