随着量子计算的兴起和快速发展，传统密码学保护的数据传输面临日益增加的风险。基于量子力学原理的量子通信能够突破经典密码技术的物理限制，因此代表了安全通信领域的根本性变革[1]。在量子通信方法中，量子密钥分发（QKD）发展最为迅速，并已进入实际应用阶段。
实用的QKD系统主要分为两种形式：（i）基于光纤的离散实现，由块状光学元件构成；（ii）基于平面光波电路（PLC）技术的光子量子芯片。尽管离散光纤系统相对容易组装，但它们体积庞大、可重构性有限、功耗较高，且成本较高——这些特点与QKD对小型化、模块化、能效和多协议兼容性的要求不符。相比之下，PLC平台具有高集成密度和低功耗。此外，对芯片上元件的电控功能可实现不同QKD协议所需的编码/解码操作。PLC相对较低的制造成本为大规模部署QKD提供了可行的途径。
在PLC平台上，主要的芯片重构方案包括电光（EO）、热光（TO）和应力驱动。在硅光子学以及传统的Si3N4/SiO2材料中实现的EO和TO方法已在QKD应用中得到较为成熟的应用。然而，许多EO材料的较高传播损耗以及TO器件的固有热串扰和有限的调制速率限制了实际高集成QKD系统的可扩展性[2]、[3]、[4]。
受微机电系统（MEMS）技术进步的推动，被动波导中的应力-光学耦合作为一种替代驱动方式引起了越来越多的关注[5]、[6]。通过压电[7]、[8]、[9]或静电[10]、[11]、[12]执行器产生的外力会改变器件结构，从而在波导中产生应力/应变，并通过光弹效应改变其有效折射率[13]。虽然静电驱动在技术上已经成熟，但它存在结构上的限制——尤其是需要悬浮波导，这会降低器件的鲁棒性，并因空气包层而增加光损耗[14]、[15]、[16]。相比之下，压电驱动可以完全封装波导的包层，避免悬浮并减少额外损耗。最近在Si[17]和Si3N4[7]、[18]、[19]上的研究表明，使用微瓦级功耗可以实现亚微秒级的调谐，表明压电驱动适用于芯片级声光调制。因此，压电驱动是传统EO和TO驱动器的有前途的替代方案，具有更好的材料多样性、CMOS兼容性和能效。
尽管用于QKD的压电驱动组件尚处于起步阶段，但初步实验表明其具有明显优势和技术可行性。2024年，Blasl等人将Si3N4波导与商用压电驱动的多模干涉仪（MMI）结合使用，验证了BB84相位编码协议，展示了良好的波长选择性和可扩展性[20]。2025年，You等人使用SiO2波导和块状声学执行器初步验证了压电控制的QKD，实现了与热光调制相当的量子比特错误率（QBER）[21]。然而，这些材料通常具有较低的光弹系数，需要较高的驱动电压或体积庞大的外部执行器，这影响了集成密度。
在这项工作中，我们报告了一种在聚合物PLC平台上制造的压电驱动QKD芯片。该芯片采用光弹系数较高的聚合物波导核心，并使用P(VDF-TrFE)/PZT复合压电薄膜作为驱动层。压电薄膜的有效应力光弹系数为2.3 C/m2，驱动响应时间为12 ns，额外损耗仅为0.2 dB/cm。单光子实验的量子态制备干涉可见度达到92%，QBER为4%。该PLC具有高稳定性和重复性，6小时内的干涉可见度漂移约为1%。通过材料优化和偏振管理，这些性能还可以进一步提高。总体而言，这些结果表明压电驱动是实现低功耗、高速度和高集成度QKD光子平台的一条有吸引力的途径。
