缩放硅量子光子技术

虽然标准量子硬件将粒子缠绕在两个状态，但团队已经找到了一种方法来生成和纠缠每个具有15种状态的粒子对。

该集成光子芯片为量子光子学的复杂性和精确性设立了新标准，可立即应用于量子技术。

集成量子光子学允许单个光粒子的路由和控制具有固有的高稳定性和精度，但是迄今为止它仅限于小规模演示，其中只有少量元件集成在芯片上。

扩大这些量子电路对于提高现代量子信息处理技术的复杂性和计算能力至关重要，为许多革命性应用开辟了可能性。

由布里斯托尔大学量子工程技术实验室(QET Labs)的科学家领导的研究小组 展示了首个大规模集成量子光子电路，它集成了数百个必要组件，可以生成，控制和分析高维纠缠。前所未有的精确度。

量子芯片是使用可扩展的硅光子技术实现的，类似于今天的电子电路，这将为制造光学量子计算机的大量组件提供途径。

这项工作与北京大学，丹麦技术大学(DTU)，Institut de Ciencies Fotoniques(ICFO)，马克斯普朗克研究所，波兰科学院理论物理中心和哥本哈根大学合作，今天发表在科学杂志 。

由于大量子系统中相关粒子的复杂相互作用，大量子器件和复杂多维纠缠系统的连贯和精确控制一直是一项具有挑战性的任务。最近在包括光子，超导体，离子，点和缺陷在内的各种平台中报道了在实现大规模量子器件方面取得的重大进展。

特别是，光子学代表了一种在光子的不同自由度中自然编码和处理多维qudit 状态的有前景的方法 。

在这项工作中，演示了一个可编程路径编码的多维纠缠系统，其尺寸高达15×15，其中两个光子同时存在于15个光路上并相互缠绕。

这种多维纠缠是通过利用硅光子量子电路，集成在单个芯片中，550个光学元件，包括16个相同的光子对光源，93个光学移相器，122个光束分离器来实现的。

主要作者 王建伟博士说：“今天的硅光子技术的成熟使我们能够扩大技术规模并实现量子电路的大规模集成。

“这是硅上量子光子学中最美丽的东西。我们的量子芯片使我们能够达到前所未有的精度和多维纠缠控制水平，这是计算和通信的许多量子信息任务的关键因素。“

高级研究员，DTU光学通信硅光子学中心(SPOC)的作者Yunhong Ding补充说：“新技术总能带来新的应用。

“我们在DTU的硅光子集成技术的功能允许大规模，高度稳定的量子信息处理芯片，这使我们能够观察到高质量的多维量子相关，包括广义的Bell和EPR导向违规，并且还实现了实验上未开发的多维量子协议：多维随机性扩展和状态自检。“

布里斯托尔QETLabs和相应作者的主要学者Anthony Laing博士说：“纠缠是量子力学的一个迷人特征，我们还没有完全理解。这种设备和未来几代芯片的复杂性和复杂性将日益提高，这将使我们能够探索量子科学的这一领域并创造新的发现。“

布里斯托尔团队负责人马克汤普森教授补充道：“我们使用了当今微电子行业所采用的相同制造工具和技术来实现我们的硅量子光子微芯片。然而，与利用电子的经典行为的传统电子电路不同，我们的电路利用单个光粒子的量子特性。这种用于量子技术的硅光子学方法为扩展到大规模量子计算应用最终所需的数百万个元件提供了明确的途径。“