2月18日，北京大學(xué)王劍威教授（前排坐者）與團隊成員在北大實驗室展示硅基光量子芯片晶圓（受訪者供圖）。新華社發(fā)

新華社北京2月20日電（記者魏夢佳）中國科研團隊成功實現(xiàn)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)，相關(guān)研究成果于20日在《自然》雜志發(fā)布。專家指出，這一突破性成果填補了采用連續(xù)變量編碼方式的光量子芯片關(guān)鍵技術(shù)空白，也為光量子芯片的大規(guī)模擴展及其在量子計算、量子網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了重要基礎(chǔ)。

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。如何在光量子芯片上實現(xiàn)大規(guī)模量子糾纏是國際量子研究難題。

《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(xiàn)多比特的連續(xù)變量量子糾纏，是可擴展光量子信息處理的重要里程碑。”

“量子糾纏簇態(tài)作為一種多比特量子糾纏態(tài)，是量子信息科學(xué)的核心資源，也一直是國際科學(xué)界競相攻克的重點方向。但長期以來，其確定性、大規(guī)模制備面臨著巨大實驗困難，尤其連續(xù)變量簇態(tài)的光量子芯片的制備和驗證技術(shù)在國際上仍是空白。”論文通訊作者、北京大學(xué)物理學(xué)院教授王劍威說。

2月18日，北京大學(xué)博士研究生、論文第一作者賈新宇展示集成光量子芯片（受訪者供圖）。新華社發(fā)

由北京大學(xué)和山西大學(xué)專家組成的研究團隊，經(jīng)多年科研攻關(guān)，成功攻克關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，創(chuàng)新性發(fā)展了連續(xù)變量光量子芯片調(diào)控、多色相干泵浦與探測技術(shù)，實現(xiàn)了確定性、可重構(gòu)的糾纏簇態(tài)制備，并對簇態(tài)糾纏結(jié)構(gòu)進行嚴格的實驗驗證。

王劍威介紹，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，但該方法的成功率隨量子比特數(shù)增加呈指數(shù)下降。

為此，團隊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的“概率”難題，首次實現(xiàn)了量子糾纏簇態(tài)在芯片上的“確定性”產(chǎn)生。

此前，該團隊還研制出一款集成約2500個元器件的超大規(guī)模光量子芯片，并實現(xiàn)了基于圖論的光量子計算和信息處理功能，為量子計算機研制提供一種可擴展、可編程、高穩(wěn)定的量子芯片內(nèi)核。

近年來，中國的量子計算與量子通信正加快走向?qū)嵱没?，相關(guān)成果與應(yīng)用不斷涌現(xiàn)。

“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。”中國科學(xué)院院士龔旗煌表示，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的技術(shù)路徑，對推動量子計算、量子網(wǎng)絡(luò)和量子模擬等領(lǐng)域的實用化發(fā)展具有重要意義。

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