中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團隊的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。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于《物理評論快報》。

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。

為破解這一難題,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)膶崿F(xiàn)。

研究團隊利用量子態(tài)層析和量子過程層析技術(shù),對片間隱形傳輸邏輯門性能進行了嚴格驗證:在5米光纖互聯(lián)距離下,門控態(tài)保真度高達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94.07%,邏輯門過程保真度為93.04%。

研究人員介紹,這項成果標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)。

相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1103/d53g-v8q6

(原載于《中國科學(xué)報》?2025-07-21?第1版?要聞)