中國科技大學郭光燦院士領導的中科院量子信息重點實驗室任希鋒研究組與浙江大學戴道鋅教授合作，首次研制成功硅基導膜量子集成芯片，他們在硅光子集成芯片上利用硅納米光波導中不同的能量傳輸模式，作為量子信息編碼的新維度，實現(xiàn)了單光子態(tài)和量子糾纏態(tài)在偏振、路徑、波導模式等不同自由度之間的相干轉換，其干涉可見度均超過90％，為集成量子光學芯片上光子多個自由度的操縱和轉換提供了重要實驗依據。該成果近日發(fā)表在英國《自然·通訊》雜志上。 }H^+A77v  
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與自由空間光學、光纖光學相比，集成光學的器件及系統(tǒng)具有尺寸小、可擴展、功耗低、穩(wěn)定性高等諸多優(yōu)點。在以往集成量子光學芯片研究中，通常采用偏振自由度或路徑自由度，即利用不同偏振或不同路徑來實現(xiàn)量子信息編碼。其中，偏振編碼僅能實現(xiàn)二維量子信息過程，無法實現(xiàn)高維編碼，因而在信息容量和安全性方面存在明顯不足；路徑編碼雖然可實現(xiàn)高維量子信息過程，但為了防止不同路徑信息之間的串擾，其路徑間距通常較大，極大地制約了量子光學芯片集成度的提升和功能擴展。 ?l
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任希鋒研究組與合作者首次提出采用寬波導中的多個本征波導模式作為編碼量子信息的新自由度，利用一條支持多個波導模式的多模波導，有望實現(xiàn)量子信息高維編碼。特別是這些模式在傳輸時不會相互干擾，有效避免了信息串擾問題。與此同時，還可以在量子信息過程中同時利用光子的多個自由度，從而顯著提升信息容量。他們利用新型硅基片上波導模式轉化器和波導模式復用器，成功實現(xiàn)了偏振、路徑和波導模式自由度之間的任意相干轉換，為實現(xiàn)集成量子光學芯片中高維量子信息過程奠定了重要基礎。