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合肥硅臻芯片技術(shù)有限公司（簡(jiǎn)稱“硅臻量子”）首席科學(xué)家、中國(guó)科技大學(xué)、中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授任希鋒研究組與德國(guó)馬克斯普朗克光科學(xué)研究所MarioKrenn教授合作，基于光量子集成芯片，國(guó)際首次展示了四光子非線性產(chǎn)生過(guò)程的干涉，相關(guān)成果于1月13日發(fā)表在光學(xué)權(quán)威學(xué)術(shù)期刊Optica上。這是繼1月4日任希鋒教授聯(lián)合新加坡國(guó)立大學(xué)首次實(shí)現(xiàn)基于新型二維材料非線性的量子光源并于國(guó)際頂級(jí)期刊《Nature》上獲發(fā)研究論文后，再次獲得國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊發(fā)布最新量子光學(xué)研究成果，也是其在量子光學(xué)研究中的又一次突破性進(jìn)展。

硅臻量子首席科學(xué)家、中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室任希鋒教授、德國(guó)馬克斯普朗克光科學(xué)研究所MarioKrenn教授為論文共同通訊作者，中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室特任副研究員馮蘭天為論文第一作者。該成果成功地將兩光子非線性干涉過(guò)程擴(kuò)展到多光子過(guò)程，為新型量子態(tài)制備、遠(yuǎn)程量子計(jì)量以及新的非局域多光子干涉效應(yīng)觀測(cè)等眾多新應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。審稿人一致認(rèn)為這是一個(gè)重要的研究工作，并給出了高度評(píng)價(jià)：“The chip is well-designed and contains various integrated optical components such as entangled photon source, an interferometer, frequency filter/combiner （該芯片設(shè)計(jì)精良，包含多種集成光學(xué)元件，如糾纏光子源、干涉儀、頻率濾波器/組合器）”、“This work pushes forward the research field of integrated photonic quantum information science and technology（這項(xiàng)工作推動(dòng)了集成光子量子信息科學(xué)與技術(shù)研究領(lǐng)域的發(fā)展）”。

量子干涉是眾多量子應(yīng)用的基礎(chǔ)，特別是近年來(lái)基于路徑不可區(qū)分性產(chǎn)生的非線性干涉過(guò)程越來(lái)越引起人們的關(guān)注。盡管雙光子非線性干涉過(guò)程已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了二十多年，并且在許多新興量子技術(shù)中得到了應(yīng)用，直到2017年人們才在理論上將該現(xiàn)象擴(kuò)展到多光子過(guò)程，但實(shí)驗(yàn)上由于需要極高的相位穩(wěn)定性和路徑重合性需求，一直未獲得新的進(jìn)展。光量子集成芯片，以其極高的相位穩(wěn)定性和可重構(gòu)性逐漸發(fā)展成為展示新型量子應(yīng)用、開(kāi)發(fā)新型量子器件的理想平臺(tái)，也為多光子非線性干涉研究提供了實(shí)現(xiàn)的可能性。

任希鋒研究組長(zhǎng)期致力于硅基光量子集成芯片開(kāi)發(fā)及相關(guān)應(yīng)用研究并取得系列重要進(jìn)展：（1）國(guó)際上首次基于硅基光子集成芯片實(shí)現(xiàn)了四光子源的制備（Light Sci Appl 8, 41, 2019）；（2）首次實(shí)現(xiàn)頻率兼并四光子糾纏源制備（npj Quantum Inf 5, 90, 2019）；（3）首次實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)模式編碼的量子邏輯門(mén)操作（Phys. Rev. Lett. 128, 060501,2022）和超緊湊量子邏輯門(mén)操作（Phys. Rev. Lett., 126, 130501,2021）等。在這些工作基礎(chǔ)上，研究組同MarioKrenn教授合作，通過(guò)進(jìn)一步將多光子量子光源模塊、濾波模塊和延時(shí)模塊等結(jié)構(gòu)進(jìn)一步片上級(jí)聯(lián)，在國(guó)際上首次展示了四光子非線性產(chǎn)生過(guò)程的相干相長(zhǎng)、相消過(guò)程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1(a)所示，四光子干涉可見(jiàn)度為0.78。而雙光子符合并未觀測(cè)到隨相位的明顯變化，這同理論預(yù)期一致。整個(gè)實(shí)驗(yàn)在一個(gè)尺寸僅為3.8×0.8mm2的硅基集成光子芯片上完成，如圖1(b)所示。

(a)

(b)

圖1. (a)量子干涉測(cè)量結(jié)果；(b)用于實(shí)現(xiàn)四光子非線性量子干涉的集成光量子芯片。

任希鋒教授作為教育部青年長(zhǎng)江學(xué)者，旨在將量子光源、光量子操作及量子測(cè)量集成到可擴(kuò)展的光學(xué)芯片上，實(shí)現(xiàn)實(shí)用化光學(xué)量子計(jì)算、量子模擬與量子精密測(cè)量。近5年時(shí)間內(nèi)，其以第一作者、通訊作者（含并列）身份發(fā)表論文三十余篇，包含Science 1篇， Nature 1篇等，共計(jì)發(fā)表SCI論文一百余篇。

作為量子光學(xué)領(lǐng)域的專家，任希鋒教授近期接受硅臻量子的邀約出任首席科學(xué)家。任教授一直關(guān)注量子光學(xué)走向?qū)嵱没鸵?guī)?；?，因此選擇加入關(guān)注產(chǎn)業(yè)化落地的硅臻量子。此次多體非線性量子干涉的發(fā)現(xiàn)讓夢(mèng)想更近一步。

硅臻量子是一家專注于光量子集成芯片設(shè)計(jì)的國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)，聚焦于打造光量子計(jì)算、量子安全、量子教研等領(lǐng)域的量子信息關(guān)鍵器件。硅臻量子矢志通過(guò)集成芯片技術(shù)讓量子信息產(chǎn)品變得更小巧、更高效、更可靠、更實(shí)惠，并致力于推動(dòng)量子信息產(chǎn)品在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

Optica（前身是成立于1916年的OSA，已于2021年更名），在全球 180 多個(gè)國(guó)家擁有 22,000 多名成員，包括光學(xué)和光子學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家、工程師、教師、技術(shù)人員和商業(yè)領(lǐng)袖。根據(jù) 2021 期刊引證報(bào)告(JCR) 數(shù)據(jù)，Optica Publishing Group 出版的同行評(píng)審期刊在光學(xué)和光子學(xué)兩個(gè)學(xué)科中提供了 33% 的文獻(xiàn)和 38% 的總被引次數(shù)。其內(nèi)容主要涉及光學(xué)和光子學(xué)的進(jìn)展，包括基礎(chǔ)科學(xué)到工程應(yīng)用，其最新影響因子24.750，是光學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊。

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