特別說明：本文由學研匯技術(shù)中心原創(chuàng)撰寫，旨在分享相關(guān)科研知識。因?qū)W識有限，難免有所疏漏和錯誤，請讀者批判性閱讀，也懇請大方之家批評指正。原創(chuàng)丨彤心未泯（學研匯 技術(shù)中心）量子網(wǎng)絡(luò)為量子通信、時鐘同步、分布式量子計算和傳感提供了框架。實現(xiàn)大規(guī)模實用的量子網(wǎng)絡(luò)依賴于可擴展架構(gòu)和集成硬件的開發(fā)，這些硬件可以通過復雜的介質(zhì)量子通道共享多維糾纏來連貫地互連許多遠程量子節(jié)點。基于此，北京大學王劍威研究員與浙江大學戴道鋅教授等人展示了一種多芯片多維量子糾纏網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)基于通過互補金屬氧化物半導體工藝在硅晶圓上制造的可大規(guī)模制造的集成納米光子量子節(jié)點芯片。使用混合復用，作者表明多個多維糾纏態(tài)可以分布在由少模光纖連接的多個芯片上。作者開發(fā)了一種可以有效檢索復雜介質(zhì)量子通道中的多維糾纏的技術(shù)，這對于實際應(yīng)用非常重要。該工作展示了實現(xiàn)大規(guī)模實用的基于芯片的量子糾纏網(wǎng)絡(luò)的能力。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和混合復用該網(wǎng)絡(luò)是通過光子波長、路徑、模式和偏振態(tài)的混合編碼和復用來實現(xiàn)的。該網(wǎng)絡(luò)可以由具有n個頂點（量子節(jié)點芯片）和n(n–1)/2個邊（量子相關(guān)性）的完整圖構(gòu)建。作者詳細介紹了其物理實現(xiàn)過程，通過波長復用并行性實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中糾纏的同時分布，通過將片上多徑編碼相干轉(zhuǎn)換為光纖中不同偏振的線偏振（LP）多模編碼，實現(xiàn)芯片之間的多維糾纏傳輸。作者以小規(guī)模演示了首個多芯片多維糾纏網(wǎng)絡(luò)，為了實現(xiàn)糾纏網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，混合復用設(shè)備被單片集成。通過測量反向紅歐曼德爾量子干涉進一步表征了光子對源，證實了MRR解復用后單光子的高光譜不可區(qū)分性。設(shè)計了一種多維芯片光纖接口，可以在片上路徑編碼和光纖中的偏振模式編碼之間進行相干轉(zhuǎn)換。
圖 多芯片多維糾纏網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)
在米勒方案的基礎(chǔ)上，作者實現(xiàn)了一種QER方法，可以從倒易系統(tǒng)中的任何復雜散射過程中主動檢索多維糾纏。通過全光學實現(xiàn)QER，網(wǎng)絡(luò)可以自我訓練其可控芯片來檢索多維糾纏，而無需重建通道矩陣和矩陣處理。QER由兩個階段組成：經(jīng)典的通道解擾（CCU）算法和量子幅度平衡（QAB）策略，作者詳細地展示了整個過程。
圖 檢索多模芯片-光纖-芯片系統(tǒng)中的多維糾纏通過長時間監(jiān)測串擾矩陣來測量整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。任何狀態(tài)旋轉(zhuǎn)的發(fā)生，無論是在芯片上還是在 FMF 或其接口中，都可以通過這種測量進行監(jiān)控。觀察到24小時內(nèi)波動低于±2.5%，表明多維芯片-光纖-芯片量子系統(tǒng)穩(wěn)定良好。為了驗證檢索到的糾纏的存在，使用壓縮傳感技術(shù)實現(xiàn)了量子斷層掃描測量，，證明了QER的成功。此外，多芯片系統(tǒng)有潛力為QKD提供更高的信息容量和更強的抗噪聲能力。
YUN ZHENG, et al. Multichip multidimensional quantum networks with entanglement retrievability. Science, 2023, 381(6654): 221-226DOI: 10.1126/science.adg9210https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg9210
