元素百科为您介绍中国研究人员首次成功开发硅基导膜量子集成芯片。中国科技大学郭光灿院士领导的中国科学院量子信息重点实验室任希峰研究小组与浙江大学戴道锌教授合作，首次成功开发了硅基导膜量子集成芯片。他们利用硅纳米光波导中不同的能量传输模式作为量子信息编码的新维度，实现了偏振、路径、波导模式等不同自由度之间单光子态和量子纠缠态的相关转换，干涉的可见度超过900％，为集成量子光学芯片上光子多自由度的操作和转换提供了重要的实验依据。该成果最近发表在英国《自然通讯》杂志上。
提高量子光学芯片集成度
与自由空间光学和光纤光学相比，集成光学的器件和系统具有尺寸小、可扩展、功耗低、稳定性高等优点。在过去的集成量子光学芯片研究中，偏振自由度或路径自由度通常用于实现量子信息编码，即不同的偏振或路径。其中，偏振编码只能实现二维量子信息过程，不能实现高维编码，信息容量和安全性明显不足；虽然路径编码可以实现高维量子信息过程，但为了防止不同路径信息之间的干扰，路径间距通常较大，大大限制了量子光学芯片集成和功能扩展的改进。
硅基导膜量子集成光学芯片
任希峰研究小组和合作伙伴首次提出使用宽波导体中的多个本征波导体模式作为编码量子信息的新自由度，并使用支持多个波导体模式的多模波导体，有望实现量子信息的高维编码。特别是这些模式在传输过程中不会相互干扰，有效地避免了信息串扰问题。同时，光子的多自由度也可以在量子信息过程中同时使用，从而显著提高信息容量。他们成功地实现了偏振、路径和波导模式自由度之间的任意相关转换，为集成量子光学芯片中的高维量子信息过程奠定了重要的基础。
