北京大学物理学院现代光学研究所王剑威和龚旗煌课题组与山西大学苏晓龙课题组合作，成功实现了全球首例基于集成光量子芯片的“连续变量”量子纠缠簇态，为光量子芯片大规模扩展及其在量子计算、量子网络和量子信息等领域的应用奠定了重要基础。相关科研成果日前发表在国际学术期刊《自然》上。
王剑威告诉记者，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。“目前，随着芯片产业的高速发展，国际量子研究界都在努力攻克一个难题——如何在光量子芯片上实现大规模量子纠缠。大规模量子纠缠可为通用量子计算和信息处理提供核心资源态。”
王剑威说，纠缠簇态作为一种典型的多比特量子纠缠态，在量子信息科学具有核心地位。而实现通用光量子计算芯片的核心也在于此，即片上量子纠缠簇态。此前，光量子芯片簇态纠缠研究主要集中在离散变量体系，大规模制备面临巨大的实验困难，尤其是连续变量簇态的芯片制备和验证技术在国际上仍属空白。
研究团队经过多年攻关，首次在国际上实现了基于集成光量子芯片的“连续变量”纠缠簇态的确定性制备、可重构调控与严格实验验证。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，但这一方式的成功率随量子比特数增加呈指数下降。为此，研究团队创新采用基于光场的连续变量编码方式，破解了制备量子比特和量子纠缠扩展性难题，首次实现了量子纠缠簇态在芯片上的“确定性”产生。
“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，这一原创成果为大规模量子纠缠态的制备与操控提供了全新技术路径，对推动量子计算、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‘连续变量’量子纠缠，是可扩展光量子信息处理的重要里程碑。”
