中国研究人员在硅基芯片上创下量子纠缠新纪录
制备态保真度超90%
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图片来源: Bartlomiej Wroblewski | iStock
据TV BRICS合作伙伴 《环球时报》报道，中国研究人员成功在硅基光子芯片上制备出量子纠缠态，创下了该领域规模与精度的新纪录。
科学家们成功制备出保真度（精度）分别高达93.2%和90.1%的三方四维GHZ态和W态。研究团队表示，这是目前此类高维量子态所达到的最大规模，且该方法具备向更大规模系统扩展的潜力。
研究团队在声明中指出，这一成果巩固了高维量子纠缠的理论基础，有助于突破其制备过程中的规模化瓶颈，为量子通信、量子计算和精密测量等前沿领域的应用奠定了坚实基础。
量子纠缠是微观粒子之间的一种特殊关联现象。当两个粒子处于纠缠态时，无论它们相距多远，对其中一个粒子的测量或改变都会瞬间影响另一个粒子。这一现象正是现代量子技术的核心基石。
常规的量子信息单位——量子比特（qubit）——只能处于“0”或“1”两种状态。但科学界还存在更复杂的高维信息单位（qudit），例如四维量子单位，它同时拥有“0、1、2、3”四种状态。状态维度越高，单个粒子所能携带和传输的信息量就越大。此类高维系统具有更强的抗干扰能力，运行也更加稳定，这对于量子通信和量子计算的实际落地至关重要。
在此次研究中，该团队首次提出了高维W态的通用定义。这一定义适用于不同数量和维度的信息单位，为未来设计更大规模的W态提供了理论支撑。
基于这一理论，科学家们开发出一种可扩展的量子态制备新方法。该方法巧妙利用单个光子的不同自由度状态以及延迟量子测量技术，使单个光子能够同时携带多个量子信息单位。研究人员表示，这种创新机制既能有效保持量子纠缠，又能大幅降低系统规模化扩展的复杂性。
据悉，该实验是在一块尺寸仅为16×1.5毫米的可编程硅基光子芯片上完成的。实验中，一个光子携带两个信息单位，另一个光子携带第三个信息单位。这三个信息单位各自拥有四个基本状态，完美构建出一个三方四维的复杂量子系统。
科学家强调，该方法可有效扩展至更大规模的量子网络。这项突破性研究为未来开发规模更大、算力更强的实用化量子系统铺平了道路。
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