集微網消息，近日，南京大學物理學院馬小松教授團隊在硅基集成光量子芯片上實現了高維糾纏態的產生，濾波，調控等多項功能，并且利用精度的片上量子調控完成了量子模擬與量子精密測量等應用任務。

圖片來源：南京大學

據悉，馬小松教授團隊利用集成光學芯片的微納加工，借助硅的三階非線性，采用優化設計的干涉型微環諧振腔，通過對芯片上光子的路徑模式進行編碼，實現芯片上的三維光量子態的產生，濾波，調控等多項功能，形成有源集成光量子芯片（見上圖）。通過硅波導中自發四波混頻效應及對線性光路的高穩定、可重構相干調控，團隊實現了提取效率高于97%、無需濾波后處理、對泵浦光子高抑制的雙光子源；得到了片上量子干涉可見度高于96.5%，三維最大糾纏態的保真度達到95.5%。

基于這個高質量的三維糾纏態，團隊實驗完成了對三維貝爾不等式的驗證與無相容性漏洞的量子互文性檢驗。在量子模擬方面，通過對三維糾纏量子態的操控，團隊在全球首次實現了利用量子光學器件模擬圖論，特別是通過量子態的相干性的測量直接獲得圖的完美匹配數。在信息復雜度理論中，獲得圖的完美匹配數是屬于#P完全（#P-complete）復雜度。這個工作首次驗證圖的量子模擬實驗的可行性，邁出了利用量子光學器件解決#P完全問題的第一步。

在量子精密測量方面，申請人團隊還利用量子光學芯片演示了高精度相位測量，突破了經典干涉儀的測量精度的理論極限，體現了高維量子糾纏的優勢。該研究為多體高維量子糾纏體系的片上制備與量子調控技術的應用提供了重要基礎。

據了解，該成果已在在Nature合作期刊npj Quantum Information上發表。同時，該項研究得到南京大學卓越計劃和國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中央高校基本科研業務費專項基金項目的資助。