我国量子科技研究迎来突破性进展。《自然》杂志20日发布一项重要研究成果，我国科研团队成功实现全球首例基于集成光量子芯片(piàn)的(de)“连(lián)续(xù)变(biàn)量(liàng)”量(liàng)子(zi)纠(jiū)缠(chán)簇态。相关专家表示，这一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。量子纠缠簇态作为一种典型的多比特量子纠缠态，是量子信息科学的核心资源，然而其确定性、大规模制备面临巨大实验困难，尤其连续变量簇态的光量子芯片的制备和(hé)验(yàn)证(zhèng)技(jì)术在国际上仍属空白。
图为王剑威教授（中）与团队成员在北大实验室测试集成光量子芯片。（受访者供图）
经多年攻关，北京大学教授王剑威、龚旗煌和山西大学教授苏晓龙等带领的研究团队，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(fāng)式(shì)，破(pò)解(jiě)了(le)制(zhì)备(bèi)量(liàng)子(zi)比(bǐ)特(tè)和(hé)量(liàng)子(zi)纠(jiū)缠(chán)的(de)“概(gài)率(lǜ)”难(nán)题(tí)，首(shǒu)次(cì)实(shí)现(xiàn)了(le)量(liàng)子(zi)纠(jiū)缠(chán)簇(cù)态(tài)在(zài)芯(xīn)片(piàn)上(shàng)的(de)“确(què)定(dìng)性(xìng)”产(chǎn)生(shēng)。
图为北大博士研究生、论文第一作者贾新宇展示集成光量子芯片。（受访者供图）
“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。”龚旗煌表示，这一原创(chuàng)成(chéng)果(guǒ)为(wèi)大(dà)规(guī)模(mó)量(liàng)子(zi)纠(jiū)缠(chán)态(tài)的(de)制(zhì)备(bèi)与(yǔ)操(cāo)控(kòng)提(tí)供(gōng)了(le)全新(xīn)的(de)技(jì)术(shù)路径，对(duì)推(tuī)动(dòng)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。
《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(xù)变(biàn)量(liàng)量(liàng)子(zi)纠(jiū)缠(chán)，是(shì)可(kě)扩(kuò)展(zhǎn)光(guāng)量(liàng)子(zi)信(xìn)息(xi)处(chù)理(lǐ)的(de)重(zhòng)要(yào)里(lǐ)程(chéng)碑(bēi)。”