构筑量子结点：面向集成光芯片上的完美量子态传输学术资讯

量子信息技术的发展要求扩展系统中量子结点的数目和构建大规模量子网络。复合集成光量子芯片，被认为是能满足这一充满挑战性需求的可行途径之一。的确，相对成熟的集成光学工艺结合固态量子系统，可望在单个芯片上高质量集成和精密控制波导、谐振腔和分束器等光学元件以及与单量子系统的相互作用，为实现资源需求可控的大规模量子网络和分布式信息处理单元提供了平台支撑。当我们真正实现复合集成光量子芯片时，立刻面临的一个挑战将是“如何获得芯片上量子结点间的高效率、高保真度量子态传输”。这是一个相当困难的问题，因为完美量子态传输对信使单光子提出了相当严苛的条件，即同时满足空间模式匹配和波包时间反演对称，只有这样量子信息才能从发送端量子结点无损耗地以单光子波包形式耦合进入波导信道，再被接收端完全吸收从而实现信息的传输。

近期，华中科技大学物理学院和武汉国家光电研究中心的陈学文教授团队提出一种基于固态单量子体与耦合谐振腔系统的复合量子结点，可以实现波导连接的两个结点之间的完美量子态传输。相关研究成果近日以《Static hybrid quantum nodes: Toward perfect state transfer on a photonic chip》为题发表于物理学类重要期刊Physical Review Applied 15, 054043 (2021)。华中科技大学博士研究生田朝华为该工作第一作者，陈学文教授和张朴副教授为共同通讯作者。

针对SiN-SiO2集成光学工艺的波导和微环谐振腔设计。

总结与展望

综上，该项工作创造性地设计了一类固态单量子体和耦合谐振腔系统构成的复合量子结点，并基于该类量子结点提出一种全新的静态量子态传输协议，从原则上解决了量子网络大规模扩展遇到的瓶颈问题，有望促进集成光量子芯片的长足发展。此外，该静态单光子波包塑形和态传输方案具有普适性，不局限于某种具体实验体系，可以拓展到诸如超导量子比特、光力耦合系统，以及各种复合量子系统。

这项研究工作得到国家自然科学基金项目（项目编号：11874166, 11604109）的资助。

来源：两江科技评论

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