中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團隊在量子互聯(lián)領(lǐng)域取得重要進展。該團隊任希鋒教授研究組首次成功實現(xiàn)了兩個光量子集成芯片之間的量子受控非門(CNOT門)隱形傳輸。該成果于7月8日發(fā)表在物理學(xué)知名期刊《物理評論快報》上。
構(gòu)建大規(guī)模量子網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵在于實現(xiàn)高集成度、可擴展的量子節(jié)點,以及節(jié)點間高保真度的量子互聯(lián)。光量子集成芯片是實現(xiàn)此網(wǎng)絡(luò)極具前景的平臺。在此網(wǎng)絡(luò)中,不同節(jié)點量子比特間的量子門操作至關(guān)重要,而最具挑戰(zhàn)性的便是實現(xiàn)高保真的CNOT門隱形傳輸以糾纏遠(yuǎn)程量子比特,這是分布式量子計算的核心步驟。其實現(xiàn)過程極為復(fù)雜:需在兩個量子節(jié)點間共享糾纏光子對,并在每個節(jié)點內(nèi)執(zhí)行高精度、復(fù)雜的片上線性光學(xué)量子操作,對器件性能要求極高。
為解決這一難題,研究團隊基于硅基光子芯片制備了量子糾纏光源,并通過單模光纖將其中一個光子傳輸至另一芯片。尤為關(guān)鍵的是,團隊采用了高維量子編碼技術(shù),顯著簡化了單個節(jié)點內(nèi)部所需的線性光學(xué)量子操作,從而確保了片間CNOT門隱形傳輸?shù)某晒崿F(xiàn)。
研究團隊利用量子態(tài)層析和量子過程層析技術(shù),對所實現(xiàn)的片間隱形傳輸邏輯門性能進行了嚴(yán)格驗證:在5米光纖互聯(lián)距離下,門控態(tài)保真度高達(dá)95.69%,邏輯門過程保真度為94.81%;將互聯(lián)光纖拓展至1公里后,門控態(tài)保真度仍高達(dá)94.07%,邏輯門過程保真度為93.04%。
這項成果標(biāo)志著在光量子集成芯片間實現(xiàn)核心量子邏輯操作方面取得了重大突破。即使在公里級距離上,CNOT門的隱形傳輸仍能保持極高的保真度,為構(gòu)建基于光量子集成芯片的大規(guī)模量子網(wǎng)絡(luò)和實現(xiàn)分布式量子計算等量子信息處理任務(wù)奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。
不同節(jié)點間量子受控非門隱形傳輸?shù)脑韴D和芯片示意圖。
文章第一作者為量子網(wǎng)絡(luò)安徽省重點實驗室馮蘭天副研究員,通訊作者為任希鋒教授。浙江大學(xué)戴道鋅教授、張明副教授、硅臻芯片丁禹陽博士參與了該工作。該研究工作得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委、安徽省及中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的大力支持。
論文鏈接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/d53g-v8q6
(量子網(wǎng)絡(luò)安徽省重點實驗室、物理學(xué)院、中國科學(xué)院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院、科研部)
新聞鏈接:https://news.ustc.edu.cn/info/1055/92231.htm
網(wǎng)站內(nèi)容來源于互聯(lián)網(wǎng),由網(wǎng)絡(luò)編輯負(fù)責(zé)審查,目的在于傳遞信息,提供專業(yè)服務(wù),不代表本網(wǎng)站平臺贊同其觀點和對其真實性負(fù)責(zé)。如因內(nèi)容、版權(quán)問題存在異議的,請與我們?nèi)〉寐?lián)系,我們將協(xié)調(diào)給予處理(按照法規(guī)支付稿費或刪除),聯(lián)系方式:ahos@aiofm.ac.cn 。網(wǎng)站平臺將加強監(jiān)控與審核,一旦發(fā)現(xiàn)違反規(guī)定的內(nèi)容,按國家法規(guī)處理,處理時間不超過24小時