介于硅纳米光子学的芯片级偏振-空间动量量子 SWAP 门

在最近数十年里，量子计算的成就有了飞速的提高，并在不同的物理平台上实现了量子优越性。光子作为量子比特，具有抗干扰、易操控等优势，光子通道能够在远距离的网络节点之间建立低损耗、长距离的量子链路。

在本项研究工作中，研究团队基于互补金属氧化物半导体（CMOS）制造技术研发了多层级联的片上量子比特逻辑门，在单光子水平上实现偏振量子比特与空间动量量子比特之间的高质量确定性纠缠置换；全面地表征了该片上量子SWAP门对单双量子比特的操控，并验证了量子相干性。此外，利用片上量子SWAP门的相干可逆转换，实现了在两个光子芯片系统之间不同自由度的光量子互联。该硅基片上SWAP门为芯片尺度的确定性量子信息处理开辟了途径，并为互联量子信息系统提供了一个光量子接口。

理想的SWAP操作是一个相干的相位保持过程。研究人员通过观测通过片上SWAP操作后两个空间动量模式的单光子自干涉条纹，得到了平均干涉可见度高达98.7 ± 0.4%，证实了从输入偏振量子比特到电路输出空间电磁场动量变化的量子比特的信号相干相位之间的传递。

基于该高保真的量子相干SWAP门，研究人员利用片上SWAP过程的可逆转换验证了一个不同自由度之间的高效量子互联。通过连接两个SWAP门芯片，实现了偏振-空间动量-偏振的量子纠缠交换，验证了芯片上SWAP门的相干可逆转换，为不同自由度间的光量子互联提供了实用工具，可用于实现分布式量子计算和量子传感。此外，研究团队还利用swap门的相干可逆转换特性，设计了一种基于swap门的量子纠缠网络，实现了量子信息的高效传输。

（编辑：银川站长网）

【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容!