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(duì)在硅基集成光量子芯片上實(shí)現(xiàn)了高維糾纏態(tài)的產(chǎn)生，濾波，調(diào)控等多項(xiàng)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(cè)量等應(yīng)用任務(wù)。

圖片來(lái)源：南京大學(xué)

據(jù)悉，馬小松教授團(tuán)隊(duì)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(jì)的干涉型微環(huán)諧振腔，通過(guò)對(duì)芯片上光子的路徑模式進(jìn)行編碼，實(shí)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(xiàng)功能，形成有源集成光量子芯片（見(jiàn)上圖）。通過(guò)硅波導(dǎo)中自發(fā)四波混頻效應(yīng)及對(duì)線性光路的高穩(wěn)定、可重構(gòu)相干調(diào)控，團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了提取效率高于97%、無(wú)需濾波后處理、對(duì)泵浦光子高抑制的雙光子源；得到了片上量子干涉可見(jiàn)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(gè)高質(zhì)量的三維糾纏態(tài)，團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)完成了對(duì)三維貝爾不等式的驗(yàn)證與無(wú)相容性漏洞的量子互文性檢驗(yàn)。在量子模擬方面，通過(guò)對(duì)三維糾纏量子態(tài)的操控，團(tuán)隊(duì)在全球首次實(shí)現(xiàn)了利用量子光學(xué)器件模擬圖論，特別是通過(guò)量子態(tài)的相干性的測(cè)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(gè)工作首次驗(yàn)證圖的量子模擬實(shí)驗(yàn)的可行性，邁出了利用量子光學(xué)器件解決#P完全問(wèn)題的第一步。

在量子精密測(cè)量方面，申請(qǐng)人團(tuán)隊(duì)還利用量子光學(xué)芯片演示了高精度相位測(cè)量，突破了經(jīng)典干涉儀的測(cè)量精度的理論極限，體現(xiàn)了高維量子糾纏的優(yōu)勢(shì)。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(shí)，該項(xiàng)研究得到南京大學(xué)卓越計(jì)劃和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)基金項(xiàng)目的資助。