韩国光量子芯片重大突破！生成4光子纠缠态，或提升量子计算地位

韩国光量子计算又有重大突破了！ 他们制成了指甲盖大小的硅芯片，成功控制了8个光子的量子态，打开了从理论走向实际应用的大门，有望提升韩国在全球量子计算研究领域的地位。这项研究已发表在《APL 光子学》上。

这款硅基量子芯片来自韩国电子通信研究院（ETRI），其最大亮点在于它能够生成四光子纠缠态（如“GHZ态”）并进行精确操控。纠缠态是量子力学中最神秘也最有用的现象之一，它让分离的光子之间能够以“超距”的方式保持关联。正是这种特性，使得量子计算和量子通信成为可能。

另外研究人员还成功测量了“HOM干涉”现象，这是一种纯量子效应，用经典光学无法解释。你可以想象两个同样的小球从一个Y形管两端滚入，经典物理认为它们可能会从Y形管道的任意一端出来，但量子力学认为它们会"结伴而行"，总是选择同一个出口出来，这种反直觉的现象就是HOM干涉，可以用来验证光子纯度和相干性。

论文中98%的干涉可见度，意味着这些光子的"同进同出"的概率极高，证明了这个光子源的优秀性能和高度的稳定性。

单量子比特态： 研究团队生成了高达98.2%保真度的单量子比特态，这意味着量子信息的准确性极高。

两量子比特纠缠态： 他们实现了贝尔态（量子纠缠态的一种），保真度达到95.2%，纯度为94.8%。

四量子比特GHZ态： 这是实验的最亮点，他们通过芯片生成了四光子GHZ纠缠态，保真度为85.4%，纯度为81.7%。这些数据标志着光子量子芯片技术的一个重要里程碑。

那么这项技术背后究竟有什么“黑科技”呢？这款芯片包含了多个复杂组件：

光子源： 通过硅波导产生高纯度的光子对。

干涉仪开关： 控制光子路径以实现量子态的调控。

波分复用器： 用于分离不同波长的光子，确保信号清晰。

超导纳米线探测器： 高效捕捉光子，支持精确的量子态测量。

团队还使用了“量子态断层扫描”技术来验证量子态的保真度和纯度，相当于为量子世界拍摄清晰的“X光”照。

目前通用量子计算机研究主要基于超导或离子阱量子比特，光子量子计算具有以下优势：

室温运行： 无需极端低温环境。

低能耗： 更符合可持续发展的方向。

易于扩展： 光子芯片可通过光纤网络连接，组建大规模量子计算系统。

而韩国团队认为，大量这些微型芯片可以通过光纤连接起来，形成庞大的量子比特网络，从而实现通用量子计算机。他们的下一步目标是制造16量子比特甚至32量子比特的光子芯片，为构建大规模量子计算网络铺平道路。

量子世界的大门已经被缓缓推开，我们正站在一个崭新的科技时代的边缘。这次突破，或许正是迈向未来的重要一步。

参考文献：

Lee, J. M., et al. (2024). Quantum states generation and manipulation in a programmable silicon-photonic four-qubit system with high-fidelity and purity. APL Photonics, 9(076110).