北京大學物理學院現代光學研究所王劍威和龔旗煌課題組與山西大學蘇曉龍課題組合作，成功實現了全球首例基于集成光量子芯片的“連續變量”量子糾纏簇態，為光量子芯片大規模擴展及其在量子計算、量子網絡和量子信息等領域的應用奠定了重要基礎。相關科研成果日前以《基于集成光量子頻率梳芯片的連續變量多體量子糾纏》為題發表于國際學術期刊《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平臺。“目前，隨著芯片產業的高速發展，國際量子研究界都在努力攻克一個難題——如何在光量子芯片上實現大規模量子糾纏。主要原因在于，大規模量子糾纏可為通用量子計算和信息處理提供核心資源態。”
王劍威說，糾纏簇態作為一種典型的多比特量子糾纏態，在量子信息科學具有核心地位。而實現通用光量子計算芯片的核心也在于此，即片上量子糾纏簇態。此前，光量子芯片簇態糾纏研究主要集中在離散變量體系，大規模制備面臨巨大的實驗困難，尤其是連續變量簇態的芯片制備和驗證技術在國際上仍屬空白。”
王劍威、龔旗煌等研究團隊經過多年攻關，首次在國際上實現了基于集成光量子芯片的“連續變量”糾纏簇態的確定性制備、可重構調控與嚴格實驗驗證。量子比特可分別通過離散變量編碼、連續變量編碼方式在光量子芯片上實現。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數增加呈指數下降。為此，團隊創新采用基于光場的連續變量編碼方式，破解了制備量子比特和量子糾纏“此消彼長”的難題，首次實現了量子糾纏簇態在芯片上的“確定性”產生。
“這是我國科學家在集成光量子芯片技術領域取得的新突破。”龔旗煌表示，這一原創成果為大規模量子糾纏態的制備與操控提供了全新技術路徑，對推動量子計算、量子網絡和量子模擬等領域的實用化發展具有重要意義。
《自然》雜志審稿人評價稱：“這項工作首次在光量子芯片上實現多比特的連續變量量子糾纏，是可擴展光量子信息處理的重要里程碑。”
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