科学家首次利用硅光晶片实现双芯片量子隐形传态学术资讯

A芯片示意图：黑线代表单光子的单模波导，红色和蓝色脉冲代表每条路径的光子能量，黄色线条代表外部相位控制；B传送设置；C缠绕交换设置；D四光子GHZ态。

基于量子物理学定律的信息技术的高速发展，将对现代社会产生深远影响。例如，量子计算机能解决传统超级计算机无法解决的复杂问题，量子互联网则可保护信息不受恶意攻击。这类技术的基础都是“量子信息”。

据美国“物理学组织”网站12月24日报道，英国布里斯托尔大学（UB）和丹麦技术大学（DTU）合作，成功开发出了一种芯片级设备，该设备能够在可编程纳米级电路中产生和操纵光子，并对量子信息进行编码以及高效、低噪声处理，进而“驾驭”量子物理应用。该成果证实，研究人员制造复杂量子电路的能力已经显著提高了。

在《自然·物理学》杂志中，UB量子工程技术实验室（QET）的研究人员首次展示了两个可编程芯片间的信息量子隐形传态（指利用量子缠结与物理讯息转换来传送量子态至任意位置的技术）。他们认为，这项研究是实现量子通信和量子计算的基石。

在实验室中建立两个芯片之间的纠缠通信链路极具挑战性。UB研究人员、论文作者Dan Llewellyn说：“我们在实验室中建立了两个芯片间的高质量纠缠关系，两个芯片上的光子共享同一种量子态。随后，每个芯片都会完整编程，以执行基于量子纠缠的演示实验。项目中最重要的部分是双芯片隐形传态实验。在量子测量完成之后，粒子的单量子态被传送到两个芯片中。量子测量利用了量子物理学的奇异特征，并瓦解了纠缠关系，从而将粒子状态传输给接收芯片中的另一个粒子。”

论文作者、UB研究人员Imad Faruque补充说：“根据之前对芯片高质量单光子源的研究结果，我们已经建立了更为复杂的四光子源电路。四个光子源几乎完全相同，发射出同种光子，这是进行纠缠交换等实验的基本标准。”Faruque等发现，具有极高保真度的量子隐形传态率达到了91%。此外，研究人员还展示了四光子源电路的其他重要功能，如纠缠交换（量子中继器和量子网络的基础）和四光子GHZ态（量子计算与量子互联网的基础）。

DTU研究人员Yunhong Ding认为，低损耗、高稳定性和可控性是集成量子光子设备的必要性质。

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编译：雷鑫宇

审稿：三水

责编：张梦

期刊来源：《自然·物理学》

期刊编号：1745-2473

原文链接：

https://phys.org/news/2019-12-chip-to-chip-quantum-teleportation-harnessing-silicon.html