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近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所的李浩、舒志运、尤立星等研究人员在超导-硅光集成光量子芯片领域取得重要进展，成功构建了可拓展的低温节点间量子纠缠分发网络。相关研究成果以“Multiuser entanglement distribution network across cryogenic nodes enabled by integrated photonic chips”为题，发表于一区学术期刊npj Quantum Information。随着量子信息科学的快速发展，可拓展量子网络成为实现分布式量子计算、量子保密通信和量子精密测量的关键基础设施。由于量子点、离子阱与量子存储等多类量子节点均需在极低温环境下工作，实现低温节点间的互联成为量子网络构建的重要挑战。针对这一难题，研究团队在前期成功研制出单片异质集成泵浦滤波与单光子探测功能的纠缠接收芯片的基础上，进一步实现了基于集成光子芯片的、跨越多个低温量子节点的可拓展多用户纠缠分发网络。该方案利用包含1厘米长硅螺旋波导的光子芯片作为纠缠发送芯片，置于2.2K的极低温环境中，向其他低温节点供给宽带能量-时间纠缠光子对。这些纠缠光子对通过密集波分复用器进行多路复用，并分发至多个纠缠接收芯片。每个接收芯片均单片异质集成了硅基无源泵浦滤波器与超导纳米线单光子探测器，能在探测前滤除强泵浦光，避免干扰纠缠光子对的接收。实验结果显示，在2.2K工作温度下，片上泵浦滤波器的滤波抑制比超过56dB，两组片上超导纳米线单光子探测器的系统探测效率分别达到7.1%与6.5%。为验证方案可行性，研究团队使用十个纠缠光子波长通道，构建了一个五用户节点的全连接量子网络。在此网络拓扑结构下，每位用户节点均可接收四个不同波长通道的纠缠光子，实现任意两两用户之间纠缠通道的建立。实验测得所有十个通道组合的Franson双光子干涉原始可见度均超过86%，显著违背了贝尔不等式，证明了该量子网络架构在低温节点间的成功建立。该研究得到了科技创新2030重大项目、上海市量子重大专项以及国家自然科学基金的资助。
