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)科研成果日前發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》上。
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(chǔ)光量子信息的先進(jìn)平臺(tái)?!澳壳?,隨著芯片產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展,國(guó)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。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(shuō),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(guó)際上仍屬空白。
研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多年攻關(guān),首次在國(guó)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(guò)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,研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新采用基于光場(chǎng)的連續(xù)變量編碼方式,破解了制備量子比特和量子糾纏擴(kuò)展性難題,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(guó)科學(xué)家在集成光量子芯片技術(shù)領(lǐng)域取得的新突破?!饼徠旎捅硎?,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(duì)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(píng)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。”(記者 晉浩天)
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