近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)聯(lián)合浙江大學(xué)、隆德大學(xué)及合肥硅臻芯片技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“硅臻”）等單位機(jī)構(gòu)在量子測(cè)量領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)利用可編程光子集成光學(xué)技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了三維量子系統(tǒng)中的對(duì)稱信息完備（SIC）測(cè)量，為高維量子信息處理提供了新技術(shù)手段。相關(guān)成果以《Higher-dimensional symmetric informationally complete measurement via programmable photonic integrated optics》（《基于可編程光子集成光學(xué)的高維對(duì)稱信息完備測(cè)量》）為題，發(fā)表于國(guó)際權(quán)威期刊《Optica》。

對(duì)稱信息完備測(cè)量（SIC測(cè)量）是量子信息科學(xué)中的重要工具，具有高信道容量、強(qiáng)噪聲抵抗能力、可簡(jiǎn)化量子計(jì)算等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于量子態(tài)層析、隨機(jī)數(shù)生成、量子密鑰分發(fā)等領(lǐng)域。然而，隨著量子系統(tǒng)維度的增加，其實(shí)現(xiàn)難度顯著提升，目前尚無(wú)高保真、可擴(kuò)展的平臺(tái)。

為此，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新開(kāi)發(fā)了硅基可編程光子集成芯片（QPIC）技術(shù)方案，核心即將 9×9 的 Naimark 擴(kuò)展矩陣拆分為 3×3 子空間級(jí)聯(lián)操作，采用路徑編碼來(lái)制造高維量子態(tài)，并通過(guò)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x（MZI）和相位調(diào)制器動(dòng)態(tài)調(diào)控量子態(tài)，以實(shí)現(xiàn)高維對(duì)稱信息完備測(cè)量。該芯片尺寸僅為3.3×1.0 mm2，片上相位調(diào)制器干涉可見(jiàn)度超過(guò)0.99，展現(xiàn)出優(yōu)異的系統(tǒng)穩(wěn)定性。

在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)通過(guò)量子態(tài)層析、量子態(tài)判別模擬、量子隨機(jī)數(shù)生成等多組實(shí)驗(yàn)，充分驗(yàn)證其性能優(yōu)勢(shì)。結(jié)果顯示，在量子態(tài)層析任務(wù)中，量子態(tài)的平均測(cè)量保真度（Fidelity）高達(dá)96.48%，芯片實(shí)現(xiàn)的測(cè)量值接近理想的SIC測(cè)量。在隨機(jī)數(shù)生成中，隨機(jī)性達(dá)到R =1.72，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)投影測(cè)量的1.58比特上限。

該工作首次在集成光量子芯片上實(shí)現(xiàn)了高保真、可編程的三維 SIC-POVM，顯著簡(jiǎn)化了高維量子系統(tǒng)測(cè)量的復(fù)雜度，證明了高維廣義測(cè)量的可擴(kuò)展性和穩(wěn)定落地，為量子信息處理領(lǐng)域提供了一種高效、可編程的高維量子測(cè)量平臺(tái)。未來(lái)，結(jié)合成熟的光源和傳輸技術(shù)，該平臺(tái)還將推動(dòng)硅光子集成電路在量子計(jì)算、量子通信和量子精密測(cè)量中的廣泛應(yīng)用。

論文鏈接： DOI: 10.1364/OPTICA.551264

https://opg.optica.org/optica/viewmedia.cfm?uri=optica-12-7-1014&html=true

關(guān)于硅臻芯片

硅臻芯片是一家專(zhuān)注于集成光量子芯片設(shè)計(jì)的高新技術(shù)企業(yè)。核心研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員擁有超過(guò)20年集成光量子技術(shù)積累，致力將量子光源、光量子操作及量子測(cè)量等核心光量子部分集成到可擴(kuò)展的光學(xué)芯片上，從而實(shí)現(xiàn)基于集成光量子芯片的光量子計(jì)算機(jī)、量子安全芯片等，真正做到讓量子信息產(chǎn)品變得更小巧、更高效、更可靠、更實(shí)惠。