我科學家在國際上首次實現波導模式編碼量子邏輯門 成果發表在《物理評論快報》

記者從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊任希鋒研究組與浙江大學戴道鋅團隊合作，在光量子芯片研究中取得重要進展，在國際上首次實現了片上波導模式編碼的兩比特量子邏輯門操作。相關成果日前在國際知名學術期刊《物理評論快報》發表。

經典和量子信息應用都需要大幅提高光子芯片的信息處理和通信能力，從而滿足日益增長的光通信和互聯的需求。為了實現大規模光量子系統，多光子、多自由度和高維編碼是必然途徑。多模波導模式具有獨特性質，如高維擴展性、緊湊性以及與其它自由度的任意相干轉換等，這使得波導模式編碼在集成光子學領域中有著廣泛的前景。因此，近年來波導模式編碼備受關注。

任希鋒研究組與浙江大學戴道鋅團隊長期合作，致力于硅基光量子器件及芯片研究并取得系列重要進展。他們在國際上首次將波導模式編碼用于量子信息處理，實現了波導模式、偏振和路徑編碼糾纏態之間的相干轉換，并首次實現波導模式編碼糾纏光源制備。此外，他們還基于密集波導超晶格陣列構建世界上最小尺寸的光學量子受控非門等。在此基礎上，雙方進一步合作自主設計和研制了波導模式耦合器(TMDDC)、模式衰減器(MMA)等兩種新型多模光子器件，分別用于實現特定的模式相關耦合和模式相關衰減等功能;并進一步將這些新型光子功能器件單片集成，在國際上首次展示了波導模式編碼的兩比特受控非門控操作。

該成果為波導模式編碼量子操作鋪平了道路，也可用于片上多自由度光量子信息處理。審稿人一致認為這是一個重要的研究工作，給出高度評價：“新發明的兩種器件TMDDC和MMA很重要)”、“我相信這個工作將在相應研究領域中提供必要工具”。(科技日報記者 吳長鋒)