全球首例量子糾纏渦旋光發射芯片研發成功

　　北京大學王劍威和龔旗煌團隊與浙江大學戴道鋅等研究人員合作，成功實現了基于集成光量子芯片的渦旋光量子糾纏源，研發出全球首例量子糾纏渦旋光發射芯片，為高維量子通信、量子精密測量、片上離子與原子操控等領域開辟了新的應用途徑。相關研究成果日前以《集成渦旋光量子糾纏源》為題發表于國際學術期刊《自然·光子學》雜志。

　　王劍威介紹，渦旋光場攜帶軌道角動量（OAM），是光場調控與光量子技術的重要資源。利用光子的軌道角動量進行量子信息編碼，理論上具有無限維空間，且OAM編碼的量子態能夠在自由空間中穩定傳播，為大容量、實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、奧地利、丹麥等地廣泛采用，并應用在百公里級城內量子密鑰分發中。然而，如何在集成光量子芯片體系上實現渦旋光糾纏源，一直是全球科學家面臨的重大難題。這不僅需要解決渦旋量子態的片上束縛、傳輸與控制問題，還需要克服量子糾纏所需的相位匹配難題。

　　該聯合團隊針對現實技術瓶頸，創新性拓展了光量子芯片調控與片外光場整形技術，首次實現了能發射并調控量子糾纏渦旋光的量子芯片。“我們研發的芯片不僅具備小型化（5毫米×10毫米）、高穩定性、可編程調控、即插即用的優勢，還達到了微秒級的渦旋糾纏態操控，同時可進一步拓展糾纏維度與糾纏渦旋光數目。”王劍威表示。

　　“值得一提的是，在硅基集成光量子芯片體系中，我們已成功實現了路徑、偏振、波導模式等不同自由度的量子糾纏光源。”戴道鋅表示，本項工作填補了國際上芯片OAM糾纏的空白，進一步完善了集成量子糾纏光源庫體系，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支撐。