基于光量子集成芯片,中国科大首次实现多体非线性量子干涉

2023-01-17

近期,中国科学技术大学郭光灿院士团队携手任希锋研究组与德国马克斯普朗克光科学研究所的Mario Krenn教授,共同实现了在量子科技领域的重大突破。通过聚焦于多体非线性量子干涉的研究,并借助光量子集成芯片这一先进平台,该团队成功地国际首度演示了四光子非线性产生的过程之干涉现象。此项创新成果,于1月13日登载于光学顶级学术期刊Optica,彰显了中国在量子科技领域内的一次杰出贡献与领先地位。

此次合作标志着人类对光子调控和量子信息处理技术的深入理解取得了显著进展,不仅在理论层面上提供了崭新的视角,更为未来量子计算、量子通信等领域的实际应用开辟了广阔前景。通过探索非线性量子干涉现象,研究团队为量子科技领域的发展注入了强大的动力,有望在未来推动更多基础科学突破与技术创新。

自量子理论开辟新纪元以来,其核心之一——量子干涉现象,尤其是基于不可分辨路径原理产生的非线性量子效应,已然成为现代科技领域中的焦点议题。尽管双光子非线性干涉机制在学术界与工业应用中已实现长达二十余载,并为诸多新兴技术铺平道路,直至2017年之前,理论界才成功将这一现象推广至多光子过程。然而,由于实验操作对极高的相位稳定性及精确路径重合性的严苛要求,在实践领域中并未迎来实质性的突破与进展。

量子物理的奥秘在时间长河中的探索之旅,历经无数曲折与挑战,但正是这些难以逾越的技术壁垒,促使科学家们不断追求创新与突破。时至今日,尽管在理论上将多光子非线性干涉现象向前推进了一大步,但实现这一目标所需的关键技术瓶颈——即确保极高的相位稳定性和精确的路径重合度——仍然是横亘在实验科学面前的一座山峰。

未来之路上,伴随着科技的不断进步与创新方法的涌现,解决这一挑战有望成为可能。这不仅需要对现有技术的深入优化与改良,更需在理论研究、材料科学、光学工程等多个领域间的跨学科合作,共同探索未知,推动量子干涉现象在多光子过程中的实际应用,以开启更为广阔的科技前沿。

作为专注于硅基光量子集成技术的前沿研究团队,任希锋的研究小组长年深耕于这一领域,取得了瞩目的成果与突破。他们全心投入于探索和构建高效稳定的量子芯片,这些芯片以其卓越的相位稳定性和可重构特性,在推动新型量子应用、设计先进量子器件的同时,为多光子非线性干涉研究开辟了新的可能。通过不懈的努力与创新,任希锋团队成功地扩展了硅基光量子集成技术的应用范围,不仅提升了现有理论框架的实际操作性,还为未来的量子科技发展奠定了坚实的基础。这些进展不仅丰富了我们在量子信息处理和量子通信领域的知识库,同时也为构建更高效、更可靠的量子计算系统提供了宝贵的资源和技术支撑。

研究团队携手Mario Krenn教授,致力于在国际前沿领域内创新,他们将多光子量子光源模块、滤波系统以及延时组件等核心元素集成至单片电路板上进行级联操作,这一突破性成就在全球范围内首度展示了四光子非线性生成过程中的相干增益与消减现象。此壮举不仅彰显了精密工程技术的卓越水平,更开辟了量子信息处理及光学领域的新篇章。

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在审视图1中的部分时,我们鉴赏了量子干涉测量所揭示的微妙现象,这一成果展示了自然界中蕴含的精细和谐与精密物理法则的深刻洞察。而对于图1的展示,则聚焦于现代工程学的杰作——集成光量子芯片,这不仅代表了技术的进步,更是未来四光子非线性量子干涉实验的基石,它以非凡的集成度和卓越性能推动着我们对量子世界理解的边界。

这项成就成功地将双光子非线性干涉机制拓展至多光子领域,为此类新型量子态的生成、远程量子测量及探索崭新的非局部多光子干涉现象提供了理论与实践的支撑,标志着我们在量子物理研究道路上的重要里程碑。

任希锋教授与Mario Krenn教授共同担任此篇学术论文的共同通信作者角色,而中科院量子信息重点实验室的特任副研究员冯兰天博士则荣任为论文的第一作者。同时,这项研究成果亦获得了浙江大学戴道锌教授和张明助理研究员的技术支持。该研究项目得到了包括科技部、国家自然科学基金委员会、中国科学院、安徽省人民政府以及中国科学技术大学等多方的经费资助与合作支持。

简而言之,任希锋教授与Mario Krenn教授是论文的主要指导者,冯兰天博士则是此项研究的具体执行和成果产出的核心人物。而戴道锌教授和张明助理研究员则在技术层面上为这一项目提供了关键的支持。该项目的顺利进行及其成果发布得到了来自国家层面到地方部门以及科研机构的多方位资源与资金支持。

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