开启量子信息处理新时代

2025年2月20日，中国科研界迎来了一则令人振奋的消息：山西大学苏晓龙教授课题组与北京大学王剑威教授和龚旗煌教授团队合作，在国际顶级学术期刊《自然》上发表了一项关于“连续变量”集成光量子芯片的重要研究成果。这项研究不仅成功实现了基于集成光量子芯片的连续变量纠缠簇态的确定性制备、调控和实验验证，还为未来量子信息技术的应用奠定了坚实的基础。

光量子芯片基础知识

为了更好地理解这一成果的重要性，首先让我们简单了解一下光量子芯片的相关知识。光量子芯片是一种新兴技术，它能够在微纳米尺度上编码、处理、传输和存储光量子信息。与传统的电子计算机相比，光量子计算利用了量子力学的独特性质，如叠加态和纠缠态，从而有望在处理速度和效率方面带来革命性的变化。而根据所使用的量子比特（qubit）的不同，光量子芯片可以分为离散变量和连续变量两种类型。

离散变量光量子芯片使用单光子作为信息载体，每个光子代表一个量子比特。然而，随着系统规模的扩大，要保持量子比特间的纠缠状态变得极其困难，成功率随比特数增加呈指数级下降。相比之下，连续变量光量子芯片采用的是光场的振幅和相位作为信息载体，这使得它们能够更高效地产生大规模量子纠缠，成为量子信息领域的关键发展方向之一。

研究背景与挑战

尽管连续变量光量子芯片具有明显优势，但在实际应用中仍面临诸多挑战。例如，如何有效地控制和调节光场参数以生成所需的量子态，以及怎样确保量子态之间的稳定性和相干性等问题。正是在这样的背景下，苏晓龙教授及其团队开始了他们的探索之旅。

创新突破与技术细节

苏晓龙教授介绍称，簇态作为一种特殊的量子纠缠态，能够在多个量子比特之间建立复杂的量子纠缠，是实现高效量子计算和量子网络的重要资源。此次研究的最大亮点在于，团队创新性地研发了超低损耗调控技术和多色相干泵浦与探测等关键技术，并通过自发双模光场压缩和非线性布拉格散射两种主要物理过程，在光学参量振荡阈值以下激发真空压缩频率超模，成功制备了不同纠缠结构的簇态。

此外，研究人员还通过严谨的实验重构了多模纠缠态的协方差矩阵，验证了八个频率模式的纠缠特性。这意味着他们不仅解决了连续变量光量子芯片中的若干关键技术难题，还开辟了一条全新的路径来实现大规模量子纠缠的制备和操控。

重要意义与未来展望

苏晓龙教授强调，该研究的成功填补了连续变量光量子芯片领域的空白，为未来的量子计算和量子网络提供了新的可能性。特别是在当前全球科技竞争日益激烈的环境下，这一成果无疑为中国在全球量子信息技术领域的地位增添了重要砝码。

展望未来，随着更多类似研究的深入和技术的进步，我们有理由相信，“连续变量”集成光量子芯片将在量子通信、量子加密乃至通用量子计算机等多个领域展现出广阔的应用前景。同时，这也标志着中国科学家在全球前沿科技探索之路上迈出了坚实的一步，向着构建更加安全高效的量子世界不断前进。

此次由山西大学和北京大学联合完成的研究成果不仅是对现有科学理论的一次重大检验和发展，更是对未来量子信息技术发展的有力推动。它不仅提升了我国在全球量子科学研究中的影响力，也为全世界带来了无限的可能性。