导读
湖北学院光电科学与工程大学/极端光学技术与仪器全省重点实验室戴道锌院士团队与上海学院龚旗煌教授团队王剑威研究员课题组等合作研究实现了具有纠缠修补能力的多芯片高维量子网路。2023年7月14日，相关成果以“with”为题，发表于《》杂志。上海学院化学大学2019级博士研究生郑赟、2021级博士研究生翟翀昊、浙江学院光电科学与工程大学刘大建博士为共同第一作者，杭州学院戴道锌院士与上海学院王剑威研究员为共同通信作者。
研究内容
量子网路是量子通讯、时频同步、分布式量子估算和量子传感器等领域的重要基础支撑。面向未来大规模量子网路需求，亟待发展高性能芯片化量子节点技术，实现量子态形成、编码、解码、复用、操控、探测和储存等功能的一体化集成，保证最终仍具备量子态高保真度，并使之具备大规模扩充能力。非常是，借助具有高信息容量和强抗噪能力的高维量子态进行量子信息的传输与处理具有重要意义。
图1多芯片高维量子纠缠网路构架。
图2量子网路芯片的晶片实物图和线路示意图。
针对多芯片高维量子网路发展需求（图1A-B），合作研究团队发展了片上多维混和复用量子调控技术，创新设计了具有大容差、大带宽等优异特点的硅基光量子元件，构建了可大规模制造的光量子芯片晶片级制造工艺，成功自主研发了宽带量子光源、波分复用高阶微环阵列、任意可编程光量子线性网路、路径-偏振光-模式相干转化的单模波导光栅等核心元件，且具有晶片级初一致性和高扩充性，凸显了建立大规模网路的突出潜力。基于此，团队进一步实现了高全同、可扩充的量子网路中心芯片和量子节点芯片（图2A-2B）。同时，合作研究团队针对复杂介质中高维量子态极易遭到外界环境扰动影响而不能高保真相干传输的问题，创新性地提出了一种无需构建传输矩阵且可实时修补复杂量子信道中高维纠缠的技术：通过编程并调控中心量子芯片和节点量子芯片的线性量子元件和量子光源阵列量子传输实物，即可快速恢复在复杂介质中传输时已退化的高维纠缠（图3A-3C），从而实现了多个光量子芯片间的高维量子纠缠相干分发功能，为进一步建立大规模量子网路开辟了新路径。
图3.高维量子纠缠恢复（A）、系统稳定性测试（B）及多芯片间量子纠缠分发（C）。
论文/作者信息
上述研究工作得到了国家自然科学基金、国家杰出青年科学基金、国家重点研制计划、北京市自然科学基金、广东省重点领域研制计划以及上海学院人工微结构和介观化学国家重点实验室、纳光电子前沿科学中心、北京学院长三角光电科学研究院、合肥量子国家实验室、浙江学院极端光学技术与仪器全省重点实验室等大力支持。
论文主要合作者还包括：中国科大学微电子研究所杨妍研究员、唐波中级工程师、李志华研究员；上海学院李焱院士、龚旗煌院士；台湾英文学院HonKiTsang院士；上海学院化学大学博士研究生茆峻、陈晓炯、戴天祥、黄洁珊、包觉明、傅兆瑢以及台湾英文学院、香港科技学院的合作者。
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作者简介
刘大建，2021年结业于四川学院光电科学与工程大学获工学博士学位，此后在杭州学院-复旦上海国际科创中心举办联合培养博士后研究，历任四川学院北京国际科创中心求是科创学者。主要从事硅基光电子芯片研究，以第一/共一作者在、、APL、等国际著名刊物发表论文11篇，授权发明专利4项，相关成果荣获on。
戴道锌，四川学院求是特聘院士、国家杰出青年科学基金获得者（2017）、美国光学学会会士。现为四川学院光电科学与工程大学校长、教育部光子学与技术国际合作联合实验室组长，任出版社国际SCI刊物《and》主编等。常年旨在于高性能硅光元件及应用研究，开拓了单模硅光子学等重要方向，实现了超低耗损硅光波导、超高Q值硅光微腔、高性能硅光混频器、免校正硅光开关、超高GBP锗硅雪崩光电侦测器、高速载流子微腔电光调制器、超高码率波谱感知芯片等重要突破。在、、、、Light:&、、Laser&、等国际著名刊物发表论文280余篇。论文被引用17900余次，荣获历年爱思唯尔《中国高被引学者榜单》。在顶尖大会英国OFC、CLEO等会议/教程/主旨/特邀报告等100余次量子传输实物，兼任国际光电及通讯会议OECC2023、亚洲通讯与光子学会议ACP2022会议共主席等。先后获得中国光学学会光学科技银奖（2020）、中国光学学会王大珩光学奖（2020）、浙江省自然科学银奖（2020）等奖励荣誉。
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