西安光機所：高維糾纏量子集成芯片研究獲突破

【成果簡介】

近期，在中國科學院戰略性先導科技B專項“大規模光子集成芯片”支持下，中科院西安光學精密機械研究所與國外多家科研機構合作，在高維糾纏量子集成芯片研究方面取得重大突破。相關成果于6月以“On-chip generation of high-dimensional entangled quantum states and their coherent control”為題發表在Nature上。

【圖文導讀】

圖1 高維量子態產生和控制實驗裝置

圖2 量子態維度的表征

a 測量高維量子態的聯合光譜強度，僅在對稱模式對（即在矩陣的對角線上）顯示光子重合，并顯示頻率相關性

b 雙光子狀態維度（Schmidt數）與諧振對的函數，與激發頻率對稱，從二階相干獲得的上限（藍色十字）和從相關矩陣計算的下限（紅色圓圈）

【研究內容】

光量子集成芯片能夠實現片上復雜量子態產生、傳輸和控制，具備小尺寸、低功耗、低成本和高可靠性的獨特優勢，成為光量子信息技術領域中的研究焦點，在未來信息社會中將發揮不可替代的作用。目前芯片級光量子糾纏源僅能構建二維量子態系統，為進一步提高信息處理速率，除增加糾纏光子數外，提升量子態維數是另一重要途徑。

研究人員基于微諧振腔中多個高純度頻率模式相干疊加的獨特方案，解決了片上高維糾纏雙光子態制備與控制的國際難題，證實了利用10級糾纏雙光子態實現超100維的片上量子系統，為目前芯片上國際最高水平。并通過頻率操控實現了對量子態的靈活控制。與傳統二維量子系統相比，高維量子糾纏芯片能夠完成更高性能的量子通信與計算等任務，極大提升量子通信協議魯棒性和速率，并有望將未來高維量子計算系統的復雜程度降低到可接受范圍。

原文鏈接：http://www.cas.cn/syky/201707/t20170727_4610002.shtml

文獻鏈接：On-chip generation of high-dimensional entangled quantum states and their coherent control (Nature,2017,DOI: 10.1038/nature22986)

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