北京大學(xué)王劍威和龔旗煌團(tuán)隊(duì)與浙江大學(xué)戴道鋅等研究人員合作，成功實(shí)現(xiàn)了基于集成光量子芯片的渦旋光量子糾纏源，研發(fā)出全球首例量子糾纏渦旋光發(fā)射芯片，為高維量子通信、量子精密測(cè)量、片上離子與原子操控等領(lǐng)域開(kāi)辟了新的應(yīng)用途徑。相關(guān)研究成果日前以《集成渦旋光量子糾纏源》為題發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》雜志。

王劍威介紹，渦旋光場(chǎng)攜帶軌道角動(dòng)量（OAM），是光場(chǎng)調(diào)控與光量子技術(shù)的重要資源。利用光子的軌道角動(dòng)量進(jìn)行量子信息編碼，理論上具有無(wú)限維空間，且OAM編碼的量子態(tài)能夠在自由空間中穩(wěn)定傳播，為大容量、實(shí)用化量子通信提供了極具潛力的方案。這種OAM高容量量子通信方案已在我國(guó)、奧地利、丹麥等地廣泛采用，并應(yīng)用在百公里級(jí)城內(nèi)量子密鑰分發(fā)中。然而，如何在集成光量子芯片體系上實(shí)現(xiàn)渦旋光糾纏源，一直是全球科學(xué)家面臨的重大難題。這不僅需要解決渦旋量子態(tài)的片上束縛、傳輸與控制問(wèn)題，還需要克服量子糾纏所需的相位匹配難題。

該聯(lián)合團(tuán)隊(duì)針對(duì)現(xiàn)實(shí)技術(shù)瓶頸，創(chuàng)新性拓展了光量子芯片調(diào)控與片外光場(chǎng)整形技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了能發(fā)射并調(diào)控量子糾纏渦旋光的量子芯片?！拔覀冄邪l(fā)的芯片不僅具備小型化（5毫米×10毫米）、高穩(wěn)定性、可編程調(diào)控、即插即用的優(yōu)勢(shì)，還達(dá)到了微秒級(jí)的渦旋糾纏態(tài)操控，同時(shí)可進(jìn)一步拓展糾纏維度與糾纏渦旋光數(shù)目?！蓖鮿ν硎?。

“值得一提的是，在硅基集成光量子芯片體系中，我們已成功實(shí)現(xiàn)了路徑、偏振、波導(dǎo)模式等不同自由度的量子糾纏光源?！贝鞯冷\表示，本項(xiàng)工作填補(bǔ)了國(guó)際上芯片OAM糾纏的空白，進(jìn)一步完善了集成量子糾纏光源庫(kù)體系，也為今后多自由度光量子信息處理芯片研究提供了全面的技術(shù)支撐。（記者晉浩天）

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