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合肥硅臻芯片技術(shù)有限公司（簡稱“硅臻量子”）首席科學(xué)家、中國科技大學(xué)、中科院量子信息重點實驗室教授任希鋒研究組與德國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，國際首次展示了四光子非線性產(chǎn)生過程的干涉，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)合新加坡國立大學(xué)首次實現(xiàn)基于新型二維材料非線性的量子光源并于國際頂級期刊《Nature》上獲發(fā)研究論文后，再次獲得國際頂級學(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實驗室任希鋒教授、德國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實驗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程擴展到多光子過程，為新型量子態(tài)制備、遠(yuǎn)程量子計量以及新的非局域多光子干涉效應(yīng)觀測等眾多新應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。審稿人一致認(rèn)為這是一個重要的研究工作，并給出了高度評價：“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（這項工作推動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)，特別是近年來基于路徑不可區(qū)分性產(chǎn)生的非線性干涉過程越來越引起人們的關(guān)注。盡管雙光子非線性干涉過程已經(jīng)實現(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)象擴展到多光子過程，但實驗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、開發(fā)新型量子器件的理想平臺，也為多光子非線性干涉研究提供了實現(xiàn)的可能性。

任希鋒研究組長期致力于硅基光量子集成芯片開發(fā)及相關(guān)應(yīng)用研究并取得系列重要進(jìn)展：（1）國際上首次基于硅基光子集成芯片實現(xiàn)了四光子源的制備（Light Sci Appl 8, 41, 2019）；（2）首次實現(xiàn)頻率兼并四光子糾纏源制備（npj Quantum Inf 5, 90, 2019）；（3）首次實現(xiàn)波導(dǎo)模式編碼的量子邏輯門操作（Phys. Rev. Lett. 128, 060501,2022）和超緊湊量子邏輯門操作（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，通過進(jìn)一步將多光子量子光源模塊、濾波模塊和延時模塊等結(jié)構(gòu)進(jìn)一步片上級聯(lián)，在國際上首次展示了四光子非線性產(chǎn)生過程的相干相長、相消過程。實驗結(jié)果如圖1(a)所示，四光子干涉可見度為0.78。而雙光子符合并未觀測到隨相位的明顯變化，這同理論預(yù)期一致。整個實驗在一個尺寸僅為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)量子干涉測量結(jié)果；(b)用于實現(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江學(xué)者，旨在將量子光源、光量子操作及量子測量集成到可擴展的光學(xué)芯片上，實現(xiàn)實用化光學(xué)量子計算、量子模擬與量子精密測量。近5年時間內(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)計的國家高新技術(shù)企業(yè)，聚焦于打造光量子計算、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、更實惠，并致力于推動量子信息產(chǎn)品在各個領(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 多個國家擁有 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 期刊引證報告(JCR) 數(shù)據(jù)，Optica Publishing Group 出版的同行評審期刊在光學(xué)和光子學(xué)兩個學(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)域頂級期刊。

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