近日，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所李浩、舒志運(yùn)、尤立星等在超導(dǎo)-硅光集成光量子芯片方面取得進(jìn)展，并完成低溫節(jié)點(diǎn)間可拓展量子糾纏分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，相關(guān)成果以“Multiuser entanglement distribution network across cryogenic nodes enabled by integrated photonic chips"為題發(fā)表于一區(qū)學(xué)術(shù)期刊npj Quantum Information（論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41534-026-01262-7）。

圖 1 低溫芯片間的量子糾纏分發(fā)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及實(shí)驗(yàn)示意圖

隨著量子信息科學(xué)的快速發(fā)展，可拓展量子網(wǎng)絡(luò)憑借其能夠向多個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)分發(fā)糾纏資源的特性，將成為實(shí)現(xiàn)分布式量子計(jì)算、量子保密通信與量子精密測(cè)量等應(yīng)用的核心基礎(chǔ)設(shè)施。實(shí)際應(yīng)用中，量子點(diǎn)、離子阱與量子存儲(chǔ)等多類量子節(jié)點(diǎn)均工作在極低溫環(huán)境中。為了走向量子網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際部署，如何實(shí)現(xiàn)低溫節(jié)點(diǎn)間的互聯(lián)尤為重要，這給量子網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建帶來了挑戰(zhàn)。

針對(duì)這一前沿難題，研究團(tuán)隊(duì)在前期成功研制出單片異質(zhì)集成泵浦濾波與單光子探測(cè)功能的糾纏接收芯片的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了基于集成光子芯片、跨越多個(gè)低溫量子節(jié)點(diǎn)的可拓展多用戶糾纏分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（如圖1）。該方案中，研究團(tuán)隊(duì)基于自發(fā)四波混頻效應(yīng)，利用一個(gè)包含1厘米長(zhǎng)硅螺旋波導(dǎo)的光子芯片作為糾纏發(fā)送芯片，將其放置于2.2 K的極低溫環(huán)境中，并向其他低溫節(jié)點(diǎn)供給寬帶能量-時(shí)間糾纏光子對(duì)。隨后，這些糾纏光子對(duì)通過標(biāo)準(zhǔn)的密集波分復(fù)用器進(jìn)行多路復(fù)用，并分發(fā)至處于極低溫環(huán)境中的多個(gè)糾纏接收芯片。

每個(gè)糾纏接收芯片都單片異質(zhì)集成了硅基無源泵浦濾波器與超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器（SNSPD），能夠在探測(cè)之前將毫瓦級(jí)別的強(qiáng)泵浦光濾除，以避免對(duì)糾纏光子對(duì)的接收產(chǎn)生影響。實(shí)驗(yàn)測(cè)得在2.2 K的工作溫度下，片上泵浦濾波器的濾波抑制比超過56 dB，兩組片上SNSPD的系統(tǒng)探測(cè)效率分別達(dá)到7.1%與6.5%（如圖2）。

圖 2 低溫芯片制備結(jié)果及性能表征

為了驗(yàn)證該方案的可行性，研究團(tuán)隊(duì)使用十個(gè)糾纏光子波長(zhǎng)通道，構(gòu)建了一個(gè)五用戶節(jié)點(diǎn)的全連接量子網(wǎng)絡(luò)。在這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下，每位用戶節(jié)點(diǎn)均可接收四個(gè)不同波長(zhǎng)通道的糾纏光子，從而實(shí)現(xiàn)任意兩兩用戶之間糾纏通道的建立。在兩組非正交測(cè)量基下，實(shí)驗(yàn)測(cè)得所有十個(gè)通道組合的Franson雙光子干涉原始可見度均超過86%（如圖3），顯著違背了貝爾不等式，證明了該量子網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在低溫節(jié)點(diǎn)間的成功建立，展現(xiàn)了其在未來實(shí)用化、可拓展量子網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中的應(yīng)用潛力。

圖 3 所有十組糾纏通道組合的雙光子干涉表征結(jié)果

論文第一作者為上海微系統(tǒng)所博士后舒志運(yùn)，通訊作者為上海微系統(tǒng)所李浩研究員。該研究得到了科技創(chuàng)新2030重大項(xiàng)目（2023ZD0300100）、上海市量子重大專項(xiàng)（2019SHZDZX01） 以及國家自然科學(xué)基金（U24A20320, 62401554）的資助。

參考文獻(xiàn)： 中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所

您好，可以免費(fèi)咨詢技術(shù)客服[Moli]

 筱曉(上海)光子技術(shù)有限公司

歡迎大家給我們留言，私信我們會(huì)詳細(xì)解答，分享產(chǎn)品鏈接給您。

免責(zé)聲明：

資訊內(nèi)容來源于互聯(lián)網(wǎng)，不代表本網(wǎng)站及新媒體平臺(tái)贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)。如對(duì)文、圖等版權(quán)問題存在異議的，請(qǐng)聯(lián)系我們將協(xié)調(diào)給予刪除處理。行業(yè)資訊僅供參考，不存在競(jìng)爭(zhēng)的經(jīng)濟(jì)利益。