中国科学家在“连续变量”集成光量子芯片领域实现新突破

2月18日，北京大学王剑威教授（前排坐者）与团队成员在北大实验室展示硅基光量子芯片晶圆（受访者供图）。新华社发

新华社北京2月20日电（记者魏梦佳）中国科研团队成功实现全球首例基于集成光量子芯片的“连续变量”量子纠缠簇态，相关研究成果于20日在《自然》杂志发布。专家指出，这一突破性成果填补了采用连续变量编码方式的光量子芯片关键技术空白，也为光量子芯片的大规模扩展及其在量子计算、量子网络等领域的应用奠定了重要基础。

集成光量子芯片是一种能在微纳尺度上编码、处理、传输和存储光量子信息的先进平台。如何在光量子芯片上实现大规模量子纠缠是国际量子研究难题。

《自然》杂志审稿人评价称：“这项工作首次在光量子芯片上实现多比特的连续变量量子纠缠，是可扩展光量子信息处理的重要里程碑。”

“量子纠缠簇态作为一种多比特量子纠缠态，是量子信息科学的核心资源，也一直是国际科学界竞相攻克的重点方向。但长期以来，其确定性、大规模制备面临着巨大实验困难，尤其连续变量簇态的光量子芯片的制备和验证技术在国际上仍是空白。”论文通讯作者、北京大学物理学院教授王剑威说。

2月18日，北京大学博士研究生、论文第一作者贾新宇展示集成光量子芯片（受访者供图）。新华社发

由北京大学和山西大学专家组成的研究团队，经多年科研攻关，成功攻克关键技术瓶颈，创新性发展了连续变量光量子芯片调控、多色相干泵浦与探测技术，实现了确定性、可重构的纠缠簇态制备，并对簇态纠缠结构进行严格的实验验证。

王剑威介绍，量子比特可分别通过离散变量编码、连续变量编码方式在光量子芯片上实现。为制备出具有超高保真度的量子比特，以往通常采用基于单光子的离散变量编码方式，但该方法的成功率随量子比特数增加呈指数下降。

为此，团队采用基于光场的连续变量编码方式，破解了制备量子比特和量子纠缠的“概率”难题，首次实现了量子纠缠簇态在芯片上的“确定性”产生。

此前，该团队还研制出一款集成约2500个元器件的超大规模光量子芯片，并实现了基于图论的光量子计算和信息处理功能，为量子计算机研制提供一种可扩展、可编程、高稳定的量子芯片内核。

近年来，中国的量子计算与量子通信正加快走向实用化，相关成果与应用不断涌现。

“这是我国科学家在集成光量子芯片技术领域取得的新突破。”中国科学院院士龚旗煌表示，这一原创成果为大规模量子纠缠态的制备与操控提供了全新的技术路径，对推动量子计算、量子网络和量子模拟等领域的实用化发展具有重要意义。

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