中国科学技术大学郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室首次研制成功硅基导膜量子构建芯片。该实验室任希锋研究组近日在量子构建光学芯片研究上获得最重要进展，他们和浙江大学光电学院现代光学仪器国家重点实验室戴道锌教授合作，在硅光子构建芯片上首次利用硅纳米光波导本征模式作为量子信息编码的新维度，构建了单光子态和量子纠结态在偏振、路径、波导模式等有所不同维度之间的相干性切换，其干预可见度皆多达90%，为构建量子光学芯片上光子多个维度的操控和切换获取了最重要实验依据。涉及成果以On-chipcoherentconversionofphotonicquantumentanglementbetweendifferentdegreesoffreedom为题6月20日公开发表在《大自然通讯》上[NatureCommunications7,ArticleNumber11985(2016)]。　　与自由空间光学、光纤光学比起，构建光学的器件及系统具备尺寸小、可拓展、功耗较低、稳定性高等诸多优点，因而在经典光学和量子信息领域都受到了普遍注目。

在以往构建量子光学芯片研究中，人们一般来说使用偏振维度或路径维度，即利用有所不同偏振或有所不同路径来构建量子信息编码。其中，偏振编码仅有能构建二维量子信息过程，无法构建高维编码，因而在信息容量和安全性方面不存在显著严重不足;路径编码虽然可实现高维量子信息过程，但为了避免有所不同路径信息之间的串扰，其路径间距一般来说较小，很大地制约了量子光学芯片集成度的提高和功能拓展。

　　上图：偏振编码，路径编码，波导模式编码相干性切换示意图。右图：样品照片　　任希锋研究组和合作者首次明确提出使用多模波导的本征模式作为编码量子信息的新维度。

利用一条反对多个波导模式的多模波导未来将会构建量子信息高维编码。例如，对于宽度大约2.4微米的SOI光波导，才可反对8个导模，对应于8维光子信息编码。尤其是这些模式之间互相向量，有效地防止了信息串扰问题。

与此同时，还可以在量子信息过程中同时利用光子的多个维度，从而贞着提高信息容量。任希锋研究组和合作者利用新型硅基片上模式转化成器和模式复用器，顺利构建了偏振、路径和波导模式维度之间的给定相干性切换，单光子和双光子的干预可见度皆多达90%，充份展出了在构建量子光学芯片中同时操控多个维度的可能性，为构建构建量子光学芯片中高维量子信息过程奠下了最重要基础。同行评议给与了高度评价，指出该工作展出了一种具备最重要意义的技术手段(itrepresentsasignificanttechnicaltoolsthat...)，不会引发普遍的兴趣(theresultisinterestingforthegeneralaudience...)。

　　论文并列第一作者是中科院量子信息重点实验室的博士生冯兰天、浙江大学光电学院现代光学仪器国家重点实验室博士生张明和中科院量子信息重点实验室博士后周志远。该项研究获得了国家基金委、中科院、科技部、教育部、中国科学技术大学和浙江大学的资助。

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