近期，北京大学物理学院现代光学研究所王剑威、龚旗煌课题组携手山西大学苏晓龙课题组，取得一项重大科研成果——成功制备出全球首例基于集成光量子芯片的“连续变量”量子纠缠簇态。2月20日，以《基于集成光量子频率梳芯片的连续变量多体量子纠缠》为标题的相关研究成果，在国际权威学术期刊《自然》上发表，这一突破为光量子芯片的大规模拓展，以及其在量子计算、量子网络和量子信息等前沿领域的应用，筑牢了关键基础。
▲王剑威教授（中）与团队成员在北大实验室测试集成光量子芯片，图源网络
集成光量子芯片是一种能在微纳尺度上编码、处理、传输和存储光量子信息的先进平台。然而，如何在光量子芯片上实现大规模的量子纠缠，一直是困扰国际量子研究领域的难题。
论文通讯作者、北京大学物理学院教授王剑威指出，量子纠缠簇态作为多比特量子纠缠态的一种，是量子信息科学的核心资源，长期以来都是国际科学界全力攻克的关键方向。但受限于技术难题，其确定性、大规模制备面临重重挑战，特别是连续变量簇态的光量子芯片制备和验证技术，此前在国际上处于空白状态。
由北大和山西大学科研人员组成的研究团队，经过多年坚持不懈的科研攻关，成功突破关键技术瓶颈。他们创新性地研发了连续变量光量子芯片调控、多色相干泵浦与探测技术，不仅实现了确定性、可重构的纠缠簇态制备，还通过严格的实验对簇态纠缠结构进行了全面验证。
▲北大博士研究生、论文第一作者贾新宇展示集成光量子芯片，图源网络
王剑威介绍，在光量子芯片上实现量子比特一般使用离散变量编码和连续变量编码两种主流方式。以往为获取超高保真度的量子比特，大多采用基于单光子的离散变量编码方式，不过该方式存在明显缺陷，随着量子比特数量增加，成功制备的概率会呈指数级下降。
为解决这一问题，研究团队另辟蹊径，采用基于光场的连续变量编码方式，成功攻克制备量子比特和量子纠缠时面临的“概率”难题，首次实现了量子纠缠簇态在芯片上的“确定性”生成。
《自然》杂志的一个审稿人对该研究给予高度评价，认为“此项工作首次在光量子芯片上达成多比特的连续变量量子纠缠，是迈向可扩展光量子信息处理的重要里程碑” 。
值得一提的是，在此之前，该团队就已研制出一款集成约2500个元器件的超大规模光量子芯片，并利用该芯片实现了基于图论的光量子计算和信息处理功能，为量子计算机的研制提供了一种可扩展、可编程且高稳定的量子芯片内核。
中国科学院院士龚旗煌认为，这一成果是我国科学家在集成光量子芯片技术领域取得的重大突破。该原创性成果为大规模量子纠缠态的制备与操控开辟了全新的技术路径，对于推动量子计算、量子网络和量子模拟等领域的实用化进程，具有重要意义。
