中國科學技術大學郭光燦院士團隊的任希鋒教授研究組首次成功實現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。相關研究成果日前發表于《物理評論快報》。

構建大規模量子網絡的關鍵在于實現高集成度、可擴展的量子節點,以及節點間高保真度的量子互聯。光量子集成芯片是實現此網絡極具前景的平臺。在此網絡中,不同節點量子比特間的量子門操作至關重要,而最具挑戰性的便是實現高保真的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。其實現過程極為復雜:需在兩個量子節點間共享糾纏光子對,并在每個節點內執行高精度、復雜的片上線性光學量子操作,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。尤為關鍵的是,團隊采用了高維量子編碼技術,顯著簡化了單個節點內部所需的線性光學量子操作,從而確保了片間CNOT門隱形傳輸的實現。

研究團隊利用量子態層析和量子過程層析技術,對片間隱形傳輸邏輯門性能進行了嚴格驗證:在5米光纖互聯距離下,門控態保真度高達95.69%,邏輯門過程保真度為94.81%;將互聯光纖拓展至1公里后,門控態保真度仍高達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,為構建基于光量子集成芯片的大規模量子網絡和實現分布式量子計算等量子信息處理任務奠定了堅實的技術基礎。

相關論文信息:https://doi.org/10.1103/d53g-v8q6

(原載于《中國科學報》?2025-07-21?第1版?要聞)