全球首例量子纠缠涡旋光发射芯片研发成功

‌光明日报北京3月3日电（记者晋浩天）北京大学王剑威和龚旗煌团队与浙江大学戴道锌等研究人员合作，成功实现了基于集成光量子芯片的涡旋光量子纠缠源，研发出全球首例量子纠缠涡旋光发射芯片，为高维量子通信、量子精密测量、片上离子与原子操控等领域开辟了新的应用途径。相关研究成果日前以《集成涡旋光量子纠缠源》为题发表于国际学术期刊《自然·光子学》杂志。

　　王剑威介绍，涡旋光场携带轨道角动量（OAM），是光场调控与光量子技术的重要资源。利用光子的轨道角动量进行量子信息编码，理论上具有无限维空间，且OAM编码的量子态能够在自由空间中稳定传播，为大容量、实用化量子通信提供了极具潜力的方案。这种OAM高容量量子通信方案已在我国、奥地利、丹麦等地广泛采用，并应用在百公里级城内量子密钥分发中。然而，如何在集成光量子芯片体系上实现涡旋光纠缠源，一直是全球科学家面临的重大难题。这不仅需要解决涡旋量子态的片上束缚、传输与控制问题，还需要克服量子纠缠所需的相位匹配难题。

　　该联合团队针对现实技术瓶颈，创新性拓展了光量子芯片调控与片外光场整形技术，首次实现了能发射并调控量子纠缠涡旋光的量子芯片。“我们研发的芯片不仅具备小型化（5毫米×10毫米）、高稳定性、可编程调控、即插即用的优势，还达到了微秒级的涡旋纠缠态操控，同时可进一步拓展纠缠维度与纠缠涡旋光数目。”王剑威表示。

　　“值得一提的是，在硅基集成光量子芯片体系中，我们已成功实现了路径、偏振、波导模式等不同自由度的量子纠缠光源。”戴道锌表示，本项工作填补了国际上芯片OAM纠缠的空白，进一步完善了集成量子纠缠光源库体系，也为今后多自由度光量子信息处理芯片研究提供了全面的技术支撑。