具有纠缠修复能力的多芯片高维量子网络成功构建

北京大学物理学院王剑威研究员和龚旗煌教授团队与浙江大学光电科学与工程学院戴道锌教授团队等合作实现了集成光量子芯片间的高维量子纠缠网络。合作研究团队发展了硅基光量子芯片晶圆级制造、片上多维混合复用量子调控等关键技术及核心器件，提出一种高维量子纠缠自修复方法，可快速恢复在复杂介质传输中已退化的高维纠缠，实现了多芯片高维纠缠量子网络，为进一步构建大规模可实用化量子网络开辟了新路径。研究成果14日以《具有纠缠修复能力的多芯片高维量子网络》为题，发表于《科学》杂志。

王剑威介绍，量子网络是量子通信、时频同步、分布式量子计算和量子传感等领域的重要基础支撑。大规模量子网络的构建关键在于，如何实现大规模量子节点之间的复杂量子纠缠态分发与传输。而最大的挑战是，量子网络架构以及量子硬件必须具备强扩展性，同时能够有力支持大容量量子通道中高维纠缠量子态的高保真相干传输。集成量子光学芯片具有高可控性、强可编程性、小尺寸和低成本等优势，是实现量子信息处理、计算和通信等功能的优异平台，也被认为是实现大规模量子网络的关键硬件基础。

在本次研究中，研究团队发展了片上多维混合复用量子调控技术，采用互补金属氧化物半导体制造技术自主研制了可大规模制造且具有晶圆级高一致性的硅基集成光量子器件与芯片，构建了多芯片高维量子网络。团队创新设计了具有大容差、大带宽等优异特性的光量子器件，并发展了光量子芯片晶圆级制造工艺，成功研制了宽带量子光源、任意可编程线性网络、多维混合复用等核心器件，验证了其晶圆级一致性和高扩展性，展现了构建大规模网络的突出潜力。为解决复杂介质中高维量子态极易受到外界环境扰动影响而不能高保真相干传输的问题，团队创新性地提出了一种高维量子纠缠自修复方法，为可实用化高维量子纠缠态的分布和传输提供了有效的解决方案。

（光明日报全媒体记者 晋浩天）