北京大學(xué)物理學(xué)院現(xiàn)代光學(xué)研究所王劍威和龔旗煌課題組與山西大學(xué)蘇曉龍課題組合作，成功實(shí)現(xiàn)了全球首例基于集成光量子芯片的“連續(xù)變量”量子糾纏簇態(tài)，為光量子芯片大規(guī)模擴(kuò)展及其在量子計(jì)算、量子網(wǎng)絡(luò)和量子信息等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了重要基礎(chǔ)。相關(guān)科研成果日前以《基于集成光量子頻率梳芯片的連續(xù)變量多體量子糾纏》為題發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然》。

王劍威告訴記者，集成光量子芯片是一種能在微納尺度上編碼、處理、傳輸和存儲光量子信息的先進(jìn)平臺。“目前，隨著芯片產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，國際量子研究界都在努力攻克一個(gè)難題——如何在光量子芯片上實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子糾纏。主要原因在于，大規(guī)模量子糾纏可為通用量子計(jì)算和信息處理提供核心資源態(tài)。”

王劍威說，糾纏簇態(tài)作為一種典型的多比特量子糾纏態(tài)，在量子信息科學(xué)具有核心地位。而實(shí)現(xiàn)通用光量子計(jì)算芯片的核心也在于此，即片上量子糾纏簇態(tài)。此前，光量子芯片簇態(tài)糾纏研究主要集中在離散變量體系，大規(guī)模制備面臨巨大的實(shí)驗(yàn)困難，尤其是連續(xù)變量簇態(tài)的芯片制備和驗(yàn)證技術(shù)在國際上仍屬空白。”

王劍威、龔旗煌等研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年攻關(guān)，首次在國際上實(shí)現(xiàn)了基于集成光量子芯片的“連續(xù)變量”糾纏簇態(tài)的確定性制備、可重構(gòu)調(diào)控與嚴(yán)格實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。量子比特可分別通過離散變量編碼、連續(xù)變量編碼方式在光量子芯片上實(shí)現(xiàn)。為制備出具有超高保真度的量子比特，以往通常采用基于單光子的離散變量編碼方式，但這一方式的成功率隨量子比特?cái)?shù)增加呈指數(shù)下降。為此，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新采用基于光場的連續(xù)變量編碼方式，破解了制備量子比特和量子糾纏“此消彼長”的難題，首次實(shí)現(xiàn)了量子糾纏簇態(tài)在芯片上的“確定性”產(chǎn)生。

“這是我國科學(xué)家在集成光量子芯片技術(shù)領(lǐng)域取得的新突破。”龔旗煌表示，這一原創(chuàng)成果為大規(guī)模量子糾纏態(tài)的制備與操控提供了全新技術(shù)路徑，對推動(dòng)量子計(jì)算、量子網(wǎng)絡(luò)和量子模擬等領(lǐng)域的實(shí)用化發(fā)展具有重要意義。

《自然》雜志審稿人評價(jià)稱：“這項(xiàng)工作首次在光量子芯片上實(shí)現(xiàn)多比特的連續(xù)變量量子糾纏，是可擴(kuò)展光量子信息處理的重要里程碑。”