導讀
湖北學院光電科學與工程大學/極端光學技術與儀器全省重點實驗室戴道鋅院士團隊與上海學院龔旗煌教授團隊王劍威研究員課題組等合作研究實現了具有糾纏修補能力的多芯片高維量子網路。2023年7月14日，相關成果以“with”為題，發表于《》雜志。上海學院化學大學2019級博士研究生鄭赟、2021級博士研究生翟翀昊、浙江學院光電科學與工程大學劉大建博士為共同第一作者，杭州學院戴道鋅院士與上海學院王劍威研究員為共同通信作者。
研究內容
量子網路是量子通訊、時頻同步、分布式量子估算和量子傳感器等領域的重要基礎支撐。面向未來大規模量子網路需求，亟待發展高性能芯片化量子節點技術，實現量子態形成、編碼、解碼、復用、操控、探測和儲存等功能的一體化集成，保證最終仍具備量子態高保真度，并使之具備大規模擴充能力。非常是，借助具有高信息容量和強抗噪能力的高維量子態進行量子信息的傳輸與處理具有重要意義。
圖1多芯片高維量子糾纏網路構架。
圖2量子網路芯片的晶片實物圖和線路示意圖。
針對多芯片高維量子網路發展需求（圖1A-B），合作研究團隊發展了片上多維混和復用量子調控技術，創新設計了具有大容差、大帶寬等優異特點的硅基光量子元件，構建了可大規模制造的光量子芯片晶片級制造工藝，成功自主研發了寬帶量子光源、波分復用高階微環陣列、任意可編程光量子線性網路、路徑-偏振光-模式相干轉化的單模波導光柵等核心元件，且具有晶片級初一致性和高擴充性，凸顯了建立大規模網路的突出潛力。基于此，團隊進一步實現了高全同、可擴充的量子網路中心芯片和量子節點芯片（圖2A-2B）。同時，合作研究團隊針對復雜介質中高維量子態極易遭到外界環境擾動影響而不能高保真相干傳輸的問題，創新性地提出了一種無需構建傳輸矩陣且可實時修補復雜量子信道中高維糾纏的技術：通過編程并調控中心量子芯片和節點量子芯片的線性量子元件和量子光源陣列量子傳輸實物，即可快速恢復在復雜介質中傳輸時已退化的高維糾纏（圖3A-3C），從而實現了多個光量子芯片間的高維量子糾纏相干分發功能，為進一步建立大規模量子網路開辟了新路徑。
圖3.高維量子糾纏恢復（A）、系統穩定性測試（B）及多芯片間量子糾纏分發（C）。
論文/作者信息
上述研究工作得到了國家自然科學基金、國家杰出青年科學基金、國家重點研制計劃、北京市自然科學基金、廣東省重點領域研制計劃以及上海學院人工微結構和介觀化學國家重點實驗室、納光電子前沿科學中心、北京學院長三角光電科學研究院、合肥量子國家實驗室、浙江學院極端光學技術與儀器全省重點實驗室等大力支持。
論文主要合作者還包括：中國科大學微電子研究所楊妍研究員、唐波中級工程師、李志華研究員；上海學院李焱院士、龔旗煌院士；臺灣英文學院HonKiTsang院士；上海學院化學大學博士研究生茆峻、陳曉炯、戴天祥、黃潔珊、包覺明、傅兆瑢以及臺灣英文學院、香港科技學院的合作者。
論文原文鏈接：
作者簡介
劉大建，2021年結業于四川學院光電科學與工程大學獲工學博士學位，此后在杭州學院-復旦上海國際科創中心舉辦聯合培養博士后研究，歷任四川學院北京國際科創中心求是科創學者。主要從事硅基光電子芯片研究，以第一/共一作者在、、APL、等國際著名刊物發表論文11篇，授權發明專利4項，相關成果榮獲on。
戴道鋅，四川學院求是特聘院士、國家杰出青年科學基金獲得者（2017）、美國光學學會會士。現為四川學院光電科學與工程大學校長、教育部光子學與技術國際合作聯合實驗室組長，任出版社國際SCI刊物《and》主編等。常年旨在于高性能硅光元件及應用研究，開拓了單模硅光子學等重要方向，實現了超低耗損硅光波導、超高Q值硅光微腔、高性能硅光混頻器、免校正硅光開關、超高GBP鍺硅雪崩光電偵測器、高速載流子微腔電光調制器、超高碼率波譜感知芯片等重要突破。在、、、、Light:&、、Laser&、等國際著名刊物發表論文280余篇。論文被引用17900余次，榮獲歷年愛思唯爾《中國高被引學者榜單》。在頂尖大會英國OFC、CLEO等會議/教程/主旨/特邀報告等100余次量子傳輸實物，兼任國際光電及通訊會議OECC2023、亞洲通訊與光子學會議ACP2022會議共主席等。先后獲得中國光學學會光學科技銀獎（2020）、中國光學學會王大珩光學獎（2020）、浙江省自然科學銀獎（2020）等獎勵榮譽。
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