集微網(wǎng)消息，近日，南京大學(xué)物理學(xué)院馬小松教授團(tuán)隊在硅基集成光量子芯片上實現(xiàn)了高維糾纏態(tài)的產(chǎn)生，濾波，調(diào)控等多項功能，并且利用精度的片上量子調(diào)控完成了量子模擬與量子精密測量等應(yīng)用任務(wù)。

圖片來源：南京大學(xué)

據(jù)悉，馬小松教授團(tuán)隊利用集成光學(xué)芯片的微納加工，借助硅的三階非線性，采用優(yōu)化設(shè)計的干涉型微環(huán)諧振腔，通過對芯片上光子的路徑模式進(jìn)行編碼，實現(xiàn)芯片上的三維光量子態(tài)的產(chǎn)生，濾波，調(diào)控等多項功能，形成有源集成光量子芯片（見上圖）。通過硅波導(dǎo)中自發(fā)四波混頻效應(yīng)及對線性光路的高穩(wěn)定、可重構(gòu)相干調(diào)控，團(tuán)隊實現(xiàn)了提取效率高于97%、無需濾波后處理、對泵浦光子高抑制的雙光子源；得到了片上量子干涉可見度高于96.5%，三維最大糾纏態(tài)的保真度達(dá)到95.5%。

基于這個高質(zhì)量的三維糾纏態(tài)，團(tuán)隊實驗完成了對三維貝爾不等式的驗證與無相容性漏洞的量子互文性檢驗。在量子模擬方面，通過對三維糾纏量子態(tài)的操控，團(tuán)隊在全球首次實現(xiàn)了利用量子光學(xué)器件模擬圖論，特別是通過量子態(tài)的相干性的測量直接獲得圖的完美匹配數(shù)。在信息復(fù)雜度理論中，獲得圖的完美匹配數(shù)是屬于#P完全（#P-complete）復(fù)雜度。這個工作首次驗證圖的量子模擬實驗的可行性，邁出了利用量子光學(xué)器件解決#P完全問題的第一步。

在量子精密測量方面，申請人團(tuán)隊還利用量子光學(xué)芯片演示了高精度相位測量，突破了經(jīng)典干涉儀的測量精度的理論極限，體現(xiàn)了高維量子糾纏的優(yōu)勢。該研究為多體高維量子糾纏體系的片上制備與量子調(diào)控技術(shù)的應(yīng)用提供了重要基礎(chǔ)。

據(jù)了解，該成果已在在Nature合作期刊npj Quantum Information上發(fā)表。同時，該項研究得到南京大學(xué)卓越計劃和國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項基金項目的資助。