中國(guó)科大首次研制成功硅基導(dǎo)模量子集成芯片

　　日前，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室任希鋒研究組與浙江大學(xué)科學(xué)家合作，首次研制成功硅基導(dǎo)模量子集成芯片，實(shí)現(xiàn)單光子態(tài)和量子糾纏態(tài)在偏振、路徑、波導(dǎo)模式等不同自由度之間的相干轉(zhuǎn)換，其干涉可見(jiàn)度均超過(guò)90%，為集成量子光學(xué)芯片上光子多個(gè)自由度的操縱和轉(zhuǎn)換提供重要實(shí)驗(yàn)依據(jù)。研究成果6月20日發(fā)表在著名期刊《自然·通訊》上。

　　與自由空間光學(xué)、光纖光學(xué)相比，集成光學(xué)的器件及系統(tǒng)具有尺寸小、可擴(kuò)展、功耗低、穩(wěn)定性高等諸多優(yōu)點(diǎn)。在過(guò)去集成量子光學(xué)芯片研究中，人們通常采用偏振自由度或路徑自由度，即利用不同偏振或不同路徑來(lái)實(shí)現(xiàn)量子信息編碼。其中，偏振編碼僅能實(shí)現(xiàn)二維量子信息過(guò)程，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高維編碼，因而在信息容量和安全性方面存在明顯不足；路徑編碼雖然可實(shí)現(xiàn)高維量子信息過(guò)程，但為了防止不同路徑信息之間的串?dāng)_，其路徑間距通常較大，極大地制約了量子光學(xué)芯片集成度的提升和功能擴(kuò)展。

　　任希鋒研究組與合作者在硅光子集成芯片研制上，首次利用硅納米光波導(dǎo)本征模式作為量子信息編碼的新維度，利用一條支持多個(gè)波導(dǎo)模式的多模波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)量子信息高維編碼，有效避免了信息串?dāng)_問(wèn)題，同時(shí)利用光子的多個(gè)自由度顯著提升信息容量。他們還利用新型硅基片上模式轉(zhuǎn)化器和模式復(fù)用器，成功實(shí)現(xiàn)偏振、路徑和波導(dǎo)模式自由度之間的任意相干轉(zhuǎn)換，單光子和雙光子的干涉可見(jiàn)度均超過(guò)90%，充分展示了在集成量子光學(xué)芯片中同時(shí)操縱多個(gè)自由度的可能性，為實(shí)現(xiàn)集成量子光學(xué)芯片中高維量子信息過(guò)程奠定重要基礎(chǔ)。