物理学院王剑威、龚旗煌课题组在单片集成光量子芯片上实现连续变量簇态制备、操控与测量一体化
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2026年3月13日,北京大学物理学院王剑威教授、龚旗煌教授课题组与山西大学苏晓龙教授课题组合作,在国际学术期刊《自然·光子学》上发表了题为《单片集成:连续变量簇态制备、操控与测量》的突破性研究成果。该研究首次在单一光量子芯片上实现了连续变量纠缠簇态的制备、操控和测量功能的单片集成,为大规模光量子计算和量子网络的实用化发展奠定了关键的硬件基础。研究团队在单一氮化硅芯片上集成了晶圆级一致的高压缩度量子光源、高保真度的单模式与双模式量子门(均达99.9%),以及用于量子测量的本振光和平衡零差干涉仪。该芯片基于超低损耗的氮化硅平台,能够制备、操控和测量路径编码的四模式连续变量纠缠簇态。芯片单片集成了三个核心物理模块:泵浦与本振光的分配与准备、压缩态与簇态的确定性生成与操控、平衡零差测量干涉仪网络。系统在没有任何外部主动相位锁的条件下,展现出了超高的相位稳定性和量子门保真度。研究团队还实现了四模纠缠簇态的确定性制备、调控、测量与纠缠判定,通过调节两个压缩光源,产生两对双模式非简并EPR态,并在高保真双模门上干涉,确定地制备出加权的四模盒状簇态。实验精确测量了该簇态四个零化子的压缩度,均超过了van Loock-Furusawa判据的3dB界限。通过高斯态层析,团队重构了其正交分量的协方差矩阵及零化子的协方差矩阵,验证了其具有明确结构的盒状纠缠簇态。

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