北大 浙大等此日Science 具有纠缠修复能力的多芯片高维量子网络

在过去的几年里，我们见证了量子信息科学突飞猛进的发展，有望在计算、通信、传感和成像等领域获得超越经典信息技术的重要应用。通过将多个量子节点进行相干量子互联，构建功能更为强大的量子网络是当前国际上的研究重点之一。集成光量子芯片为量子网络的构建提供了重要的硬件平台，通过将大量复杂的量子器件进行芯片上集成，有望发展出大规模且实用化的量子芯片网络。

量子网络是量子通信、时频同步、分布式量子计算和量子传感等领域的重要基础支撑。大规模量子网络的构建关键在于如何实现大规模量子节点之间的复杂量子纠缠态分发与传输。其挑战在于：量子网络架构以及量子硬件必须具备强扩展性，同时能够有力地支持大容量量子通道中高维纠缠量子态的高保真相干传输。此前，基于波分复用的量子纠缠网络架构方案已有报道，有望用于大规模量子纠缠的网络分发，但尚缺少可扩展量子硬件的支撑。

在本项研究工作中，研究团队发展了芯片上多维混合复用量子调控技术，采用互补金属氧化物半导体（CMOS）制造技术自主研制了可大规模制造且具有晶圆极高一致性的硅基集成光量子器件与芯片，构建了多芯片高维量子网络。同时，提出和发展了一种高维量子纠缠自修复方法，可快速恢复在复杂介质中传输时已退化的高维纠缠，系统最终成功实现了多个光量子芯片间的高精度的高维混合型的量子纠缠相干分发服务器的功能。

针对高维量子网络发展需求，研究团队创新设计了具有大容差、大带宽等优异特性的硅基光量子器件，并发展了光量子芯片晶圆级制造工艺，成功研制了宽带量子光源、波分复用高阶微环阵列、任意可编程光量子线性网络、路径-偏振-模式相干转化的多模波导光栅等核心器件，且具有晶圆级高一致性和高扩展性，展现了构建大规模网络的突出潜力。此外，研究团队还发现了一种新型的光学材料，可用于制造具有超高灵敏度的传感器，有望成为未来量子计算机的关键组件。

（编辑：银川站长网）

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