我科學(xué)家在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)模式編碼量子邏輯門(mén) 成果發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》

記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)任希鋒研究組與浙江大學(xué)戴道鋅團(tuán)隊(duì)合作，在光量子芯片研究中取得重要進(jìn)展，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了片上波導(dǎo)模式編碼的兩比特量子邏輯門(mén)操作。相關(guān)成果日前在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》發(fā)表。

經(jīng)典和量子信息應(yīng)用都需要大幅提高光子芯片的信息處理和通信能力，從而滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的光通信和互聯(lián)的需求。為了實(shí)現(xiàn)大規(guī)模光量子系統(tǒng)，多光子、多自由度和高維編碼是必然途徑。多模波導(dǎo)模式具有獨(dú)特性質(zhì)，如高維擴(kuò)展性、緊湊性以及與其它自由度的任意相干轉(zhuǎn)換等，這使得波導(dǎo)模式編碼在集成光子學(xué)領(lǐng)域中有著廣泛的前景。因此，近年來(lái)波導(dǎo)模式編碼備受關(guān)注。

任希鋒研究組與浙江大學(xué)戴道鋅團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期合作，致力于硅基光量子器件及芯片研究并取得系列重要進(jìn)展。他們?cè)趪?guó)際上首次將波導(dǎo)模式編碼用于量子信息處理，實(shí)現(xiàn)了波導(dǎo)模式、偏振和路徑編碼糾纏態(tài)之間的相干轉(zhuǎn)換，并首次實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)模式編碼糾纏光源制備。此外，他們還基于密集波導(dǎo)超晶格陣列構(gòu)建世界上最小尺寸的光學(xué)量子受控非門(mén)等。在此基礎(chǔ)上，雙方進(jìn)一步合作自主設(shè)計(jì)和研制了波導(dǎo)模式耦合器(TMDDC)、模式衰減器(MMA)等兩種新型多模光子器件，分別用于實(shí)現(xiàn)特定的模式相關(guān)耦合和模式相關(guān)衰減等功能;并進(jìn)一步將這些新型光子功能器件單片集成，在國(guó)際上首次展示了波導(dǎo)模式編碼的兩比特受控非門(mén)控操作。

該成果為波導(dǎo)模式編碼量子操作鋪平了道路，也可用于片上多自由度光量子信息處理。審稿人一致認(rèn)為這是一個(gè)重要的研究工作，給出高度評(píng)價(jià)：“新發(fā)明的兩種器件TMDDC和MMA很重要)”、“我相信這個(gè)工作將在相應(yīng)研究領(lǐng)域中提供必要工具”。(科技日?qǐng)?bào)記者 吳長(zhǎng)鋒)