量子网络拓扑结构是发挥量子网络统筹量子资源、赋能终端用户相互通信功能的关键。在诸多网络拓扑结构中，全连接型拓扑结构的量子通信网络，由于只需要最少的基础设施硬件就能使各终端用户之间相互开展密钥分发通信，在构建用户密集型大都市网络中的具有广泛的应用前景。针对全连接型拓扑结构的量子网络大规模化发展时，面临的量子资源和量子系统复杂度等网络规模可拓展性方面的挑战，课题组利用铌酸锂波导芯片制备大规模量子光源，提出了一种基于Time-bin纠缠的全连接拓扑结构量子网络，该网络可以支持16个用户之间相互开展量子通信。

图1 全连接网络结构概念图。a 网络物理层结构示意图。b 网络通信层结构示意图。

图2展示了各用户之间的双光子符合计数，任意两个终端用户之间每秒的符合计数率超过，同时保持CAR大于30，说明了任意两个用户都共享一个不同的量子纠缠态，这也验证了所构建的网络在量子关联层具有全连接型拓扑结构。Time-bin纠缠全连接网络为构建大都市用户密集的量子密钥分发互联网络提供了一种新的选择。

感谢中国科学技术大学聂友奇博士、徐起博士和上海交通大学冯娟博士对本工作的帮助。

图2 Alice用户与其他网络用户的实验结果。

该成果发表在“Yiwen Huang, Zhantong Qi, Yilin Yang, Yuting Zhang, Yuanhua Li, Yuanlin Zheng, and Xianfeng Chen, A Sixteen-user Time-bin Entangled Quantum Communication Network with Fully Connected Topology, Laser & Photonics Reviews, 2301026 (2024)”。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/lpor.202301026