西安光机所：高维纠缠量子集成芯片研究获突破

【成果简介】

近期，在中国科学院战略性先导科技B专项“大规模光子集成芯片”支持下，中科院西安光学精密机械研究所与国外多家科研机构合作，在高维纠缠量子集成芯片研究方面取得重大突破。相关成果于6月以“On-chip generation of high-dimensional entangled quantum states and their coherent control”为题发表在Nature上。

【图文导读】

图1 高维量子态产生和控制实验装置

图2 量子态维度的表征

a 测量高维量子态的联合光谱强度，仅在对称模式对（即在矩阵的对角线上）显示光子重合，并显示频率相关性

b 双光子状态维度（Schmidt数）与谐振对的函数，与激发频率对称，从二阶相干获得的上限（蓝色十字）和从相关矩阵计算的下限（红色圆圈）

【研究内容】

光量子集成芯片能够实现片上复杂量子态产生、传输和控制，具备小尺寸、低功耗、低成本和高可靠性的独特优势，成为光量子信息技术领域中的研究焦点，在未来信息社会中将发挥不可替代的作用。目前芯片级光量子纠缠源仅能构建二维量子态系统，为进一步提高信息处理速率，除增加纠缠光子数外，提升量子态维数是另一重要途径。

研究人员基于微谐振腔中多个高纯度频率模式相干叠加的独特方案，解决了片上高维纠缠双光子态制备与控制的国际难题，证实了利用10级纠缠双光子态实现超100维的片上量子系统，为目前芯片上国际最高水平。并通过频率操控实现了对量子态的灵活控制。与传统二维量子系统相比，高维量子纠缠芯片能够完成更高性能的量子通信与计算等任务，极大提升量子通信协议鲁棒性和速率，并有望将未来高维量子计算系统的复杂程度降低到可接受范围。

原文链接：http://www.cas.cn/syky/201707/t20170727_4610002.shtml

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

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