2025年2月20日，北京大學物理學院現代光學研究所王劍威教授和龔旗煌教授課題組與山西大學蘇曉龍教授課題組合作，在國際頂級學術期刊《自然》（Nature）上發表一項以《基于集成光量子頻率梳芯片的連續變量多體量子糾纏》（“Continuous-variable multipartite entanglement in an integrated microcomb”）為題的突破性研究成果

Nature審稿人高度評價并指出：“這項工作首次在光學芯片上實現多比特連續變量量子糾纏，這一成果為可擴展量子信息處理奠定了重要里程碑。”（This is the first time that multipartite entanglement is realized on an optical chip, which constitutes an important milestone for scalable quantum information）

這是在國際上首次實現了基于集成光量子芯片的連續變量簇態量子糾纏，為光量子芯片的大規模擴展及其在量子計算、量子網絡和量子信息等領域的應用奠定了重要基礎

我們一起扒一扒這篇論文：

劃重點：

關鍵詞一： 集成微梳（Integrated Microcomb） 這次的量子糾纏，是在一個 集成了微梳的微型芯片 上實現的。微梳就像一個精密的“頻率梳子”，能產生多頻率的光，為量子信息的編碼和處理提供了強大的工具

關鍵詞二： 連續變量（Continuous-Variable）別再只盯著“量子比特”啦！這次玩的是更高級的“量子模式”（qumodes），信息被編碼在光的“連續”屬性中，比如光的振幅和相位。 相比傳統的“離散變量”，連續變量量子計算在 確定性生成和糾纏 方面更有優勢！

關鍵詞三： 八方糾纏 (Eight-Mode Entanglement)單打獨斗已經out了，現在流行“團戰”！這次直接搞定了 八個量子模式的糾纏，而且是 確定性的生成！意味著我們向著構建 大規模量子網絡和量子計算機 又邁出了堅實一步！

圖1 基于集成頻率梳微腔的連續變量糾纏簇態制備、調控與探測原理和方案圖

這項研究到底牛在哪兒？

簡單來說，這項研究解決了量子科技發展中的一個關鍵難題： 如何高效、穩定地生成和操控大規模量子糾纏態

傳統挑戰： 以往的量子糾纏研究，大多停留在 兩個量子模式 之間，而且在 芯片上實現單光子互動非常困難。想擴展到更多量子比特，難度指數級上升！

中國方案： 這次研究人員巧妙地利用 集成微梳技術 和 連續變量量子信息 的優勢，就像是找到了量子世界的“高速公路”，一下子把糾纏的“車道”拓展到了八條！

更細致地解讀一下論文亮點：

1. 確定性生成多方糾纏： 區別于以往概率性的量子糾纏生成，這次是 確定性的！要啥有啥，指哪打哪，量子資源的控制力大大提升！

2. 片上集成，微型化突破： 所有操作都在一塊小小的芯片上完成！這意味著量子系統可以更加 小型化、集成化，為未來的便攜式量子設備鋪平了道路

3. 超寬頻率范圍糾纏： 實驗驗證了在數百兆赫茲的邊帶頻率上都存在超模多方糾纏，這表明該技術具有很高的帶寬和擴展潛力！

4. 精確表征糾纏結構： 通過測量零化子相關矩陣，科學家們還深入分析了糾纏的結構，發現它近似于預期的簇狀結構，為構建特定類型的量子網絡提供了理論依據

5. 潛在應用前景廣闊： 論文明確指出，這項技術為量子計算、量子網絡和量子傳感 等領域打開了新的大門！想象一下，未來的量子計算機、量子互聯網，或許就藏在這樣的微型芯片里！

圖2 不同糾纏結構的連續變量簇態實驗結果：（A）零化子；（B）不同糾纏結構簇態；（C）van Loock-Furusawa判據實驗結果；（D）100MHz寬帶糾纏判定

寫在最后

需要強調的是北大的這篇論文取得的技術突破首次在國際上實現了基于集成光量子芯片的連續變量糾纏簇態的確定性制備、可重構調控與嚴格實驗驗證

這項技術突破標志著集成光量子芯片技術在量子信息處理領域的重要突破，為量子計算和量子網絡的實用化發展提供了關鍵技術支撐