清華新聞網(wǎng)7月25日電 量子隱形傳態(tài)提供了一種在不傳輸其物理載體的情況下傳送量子信息的方法，是未來(lái)量子網(wǎng)絡(luò)的核心功能之一。自1993年提出以來(lái)，量子隱形傳態(tài)已經(jīng)在各種量子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。光子作為“飛行”的量子比特，是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子隱形傳態(tài)的良好量子信息載體。光子量子隱形傳態(tài)已經(jīng)在室內(nèi)光纖、實(shí)際城市光纜以及衛(wèi)星與地面之間的自由空間傳輸條件下得以驗(yàn)證。光量子芯片技術(shù)將多個(gè)光學(xué)器件集成到單個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的量子信息功能，為簡(jiǎn)化光子量子隱形傳態(tài)的物理實(shí)現(xiàn)提供了一種有前景的方法。目前，已在10米光纖傳輸?shù)臈l件驗(yàn)證了其可行性，如何實(shí)現(xiàn)芯片間更遠(yuǎn)距離的量子隱形傳態(tài)仍然是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。
（a）星形拓?fù)淞孔泳W(wǎng)絡(luò)中量子隱形傳態(tài)應(yīng)用場(chǎng)景（b）用戶(hù)節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)和中心節(jié)點(diǎn)間的光子量子隱形傳態(tài)功能（c）-（e）用戶(hù)、中繼和中心節(jié)點(diǎn)的硅光量子芯片片上光路設(shè)計(jì)（f）制備出的硅光子芯片的照片，集成了三個(gè)節(jié)點(diǎn)的片上光路
近日，清華大學(xué)電子系張巍教授課題組通過(guò)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)時(shí)間片編碼的量子隱形傳態(tài)光量子芯片，將芯片間量子隱形傳態(tài)的光纖傳輸距離提升了3個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到12.3公里，展示了光量子芯片技術(shù)在未來(lái)量子網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的巨大潛力。
這項(xiàng)工作在一個(gè)硅光子芯片上設(shè)計(jì)并制備了三個(gè)量子光路，每個(gè)量子光路執(zhí)行量子隱形傳態(tài)的不同功能，分別是在用戶(hù)節(jié)點(diǎn)的預(yù)報(bào)式時(shí)間片編碼單光子產(chǎn)生功能，在中繼節(jié)點(diǎn)的時(shí)間片糾纏光子對(duì)產(chǎn)生和貝爾態(tài)測(cè)量（BSM）功能，在中心節(jié)點(diǎn)的傳送光子進(jìn)行投影測(cè)量的功能。該芯片通過(guò)優(yōu)化波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來(lái)降低片上傳輸損耗，并通過(guò)引入帶阻濾波器降低自發(fā)四波混頻效應(yīng)在片上產(chǎn)生的噪聲光子。使用該芯片建立了三節(jié)點(diǎn)間12.3km光纖傳輸?shù)牧孔与[形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并通過(guò)建立基于可變光學(xué)延遲線(xiàn)的主動(dòng)反饋系統(tǒng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償光纖長(zhǎng)度的變化，實(shí)現(xiàn)了中繼節(jié)點(diǎn)BSM測(cè)量的穩(wěn)定量子干涉，從而實(shí)現(xiàn)了平均保真度約為81%的芯片間量子隱形傳態(tài)。這項(xiàng)工作表明光量子芯片技術(shù)可以在保證量子隱形傳態(tài)功能的同時(shí)大大簡(jiǎn)化其物理實(shí)現(xiàn)，為未來(lái)量子網(wǎng)絡(luò)的核心功能集成提供了有力的技術(shù)支撐。
相關(guān)研究成果以“12.3公里光纖傳輸?shù)男酒g量子隱形傳態(tài)”（Chip-to-chip photonic quantum teleportation over optical fibers of 12.3km）為題，于7月9日發(fā)表于《光：科學(xué)和應(yīng)用》（Light: Science & Applications）。
清華大學(xué)電子工程系2019級(jí)博士生劉東寧為論文第一作者，張巍教授和黃翊東教授為論文通訊作者。研究得到北京量子信息科學(xué)研究院以及國(guó)家自然科學(xué)基金和重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的支持。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41377-025-01920-z
供稿：電子系
編輯：李華山
審核：郭玲
