“前沿進(jìn)展”欄目，借以介紹科研人員在光學(xué)領(lǐng)域發(fā)表的具有重要學(xué)術(shù)、應(yīng)用價值的論文，促使研究成果的傳播。部份論文將推薦參與“中國光學(xué)十大進(jìn)展”評選。
01導(dǎo)讀
山東學(xué)院光電科學(xué)與工程大學(xué)/極端光學(xué)技術(shù)與儀器全省重點(diǎn)實(shí)驗室戴道鋅院士團(tuán)隊與上海學(xué)院龔旗煌教授團(tuán)隊王劍威研究員課題組等合作研究實(shí)現(xiàn)了具有糾纏修補(bǔ)能力的多芯片高維量子網(wǎng)路。
2023年7月14日，相關(guān)成果以“with”為題，發(fā)表于刊物。上海學(xué)院化學(xué)大學(xué)2019級博士研究生鄭赟、2021級博士研究生翟翀昊、浙江學(xué)院光電科學(xué)與工程大學(xué)劉大建博士為共同第一作者，四川學(xué)院戴道鋅院士與上海學(xué)院王劍威研究員為共同通信作者。
2023|前沿進(jìn)展
02研究背景
量子網(wǎng)路是量子通訊、時頻同步、分布式量子估算和量子傳感器等領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)支撐。面向未來大規(guī)模量子網(wǎng)路需求，亟待發(fā)展高性能芯片化量子節(jié)點(diǎn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)量子態(tài)形成、編碼、解碼、復(fù)用、操控、探測和儲存等功能的一體化集成，保證最終仍具備量子態(tài)高保真度，并使之具備大規(guī)模擴(kuò)充能力。非常是借助具有高信息容量和強(qiáng)抗噪能力的高維量子態(tài)進(jìn)行量子信息的傳輸與處理，具有重要意義。
圖1多芯片高維量子糾纏網(wǎng)路構(gòu)架
03研究創(chuàng)新點(diǎn)
針對多芯片高維量子網(wǎng)路發(fā)展需求（圖1A-B），合作研究團(tuán)隊發(fā)展了片上多維混和復(fù)用量子調(diào)控技術(shù)，創(chuàng)新設(shè)計了具有大容差、大帶寬等優(yōu)異特點(diǎn)的硅基光量子元件，完善了可大規(guī)模制造的光量子芯片晶片級制造工藝，成功自主研發(fā)了寬帶量子光源、波分復(fù)用高階微環(huán)陣列、任意可編程光量子線性網(wǎng)路、路徑-偏振光-模式相干轉(zhuǎn)化的單模波導(dǎo)光柵等核心元件，且具有晶片級初一致性和高擴(kuò)充性量子傳輸實(shí)物，凸顯了建立大規(guī)模網(wǎng)路的突出潛力。
圖2量子網(wǎng)路芯片的晶片實(shí)物圖和線路示意圖
圖3高維量子糾纏恢復(fù)（A）、系統(tǒng)穩(wěn)定性測試（B）及多芯片間量子糾纏分發(fā)（C）
04總結(jié)與展望
基于此，團(tuán)隊進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了高全同、可擴(kuò)充的量子網(wǎng)路中心芯片和量子節(jié)點(diǎn)芯片（圖2A-2B）。同時，合作研究團(tuán)隊針對復(fù)雜介質(zhì)中高維量子態(tài)極易遭到外界環(huán)境擾動影響而不能高保真相干傳輸?shù)膯栴}，創(chuàng)新性地提出了一種無需構(gòu)建傳輸矩陣且可實(shí)時修補(bǔ)復(fù)雜量子信道中高維糾纏的技術(shù)：通過編程并調(diào)控中心量子芯片和節(jié)點(diǎn)量子芯片的線性量子元件和量子光源陣列，即可快速恢復(fù)在復(fù)雜介質(zhì)中傳輸時已退化的高維糾纏（圖3A-3C）量子傳輸實(shí)物，從而實(shí)現(xiàn)多個光量子芯片間的高維量子糾纏相干分發(fā)功能，為進(jìn)一步建立大規(guī)模量子網(wǎng)路開辟了新路徑。
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