中国科大实现光量子芯片间量子受控非门隐形传输

中国科大郭光灿院士团队在量子互联领域取得重要进展。该团队任希锋教授研究组首次成功实现了两个光量子集成芯片之间的量子受控非门（CNOT门）隐形传输。该成果于7月8日发表在物理学知名期刊《物理评论快报》上。

构建大规模量子网络的关键在于实现高集成度、可扩展的量子节点，以及节点间高保真度的量子互联。光量子集成芯片是实现此网络极具前景的平台。在此网络中，不同节点量子比特间的量子门操作至关重要，而最具挑战性的便是实现高保真的CNOT门隐形传输以纠缠远程量子比特，这是分布式量子计算的核心步骤。其实现过程极为复杂：需在两个量子节点间共享纠缠光子对，并在每个节点内执行高精度、复杂的片上线性光学量子操作，对器件性能要求极高。

为解决这一难题，研究团队基于硅基光子芯片制备了量子纠缠光源，并通过单模光纤将其中一个光子传输至另一芯片。尤为关键的是，团队采用了高维量子编码技术，显著简化了单个节点内部所需的线性光学量子操作，从而确保了片间CNOT门隐形传输的成功实现。

研究团队利用量子态层析和量子过程层析技术，对所实现的片间隐形传输逻辑门性能进行了严格验证：在5米光纤互联距离下，门控态保真度高达95.69%，逻辑门过程保真度为94.81%；将互联光纤拓展至1公里后，门控态保真度仍高达94.07%，逻辑门过程保真度为93.04%。

这项成果标志着在光量子集成芯片间实现核心量子逻辑操作方面取得了重大突破。即使在公里级距离上，CNOT门的隐形传输仍能保持极高的保真度，为构建基于光量子集成芯片的大规模量子网络和实现分布式量子计算等量子信息处理任务奠定了坚实的技术基础。

不同节点间量子受控非门隐形传输的原理图和芯片示意图。

文章第一作者为量子网络安徽省重点实验室冯兰天副研究员，通讯作者为任希锋教授。浙江大学戴道锌教授、张明副教授、硅臻芯片丁禹阳博士参与了该工作。该研究工作得到了科技部、国家自然科学基金委、安徽省及中国科学技术大学的大力支持。

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/d53g-v8q6