又一个“首次”收入中国量子光学领域囊中！

合肥硅臻芯片技术有限公司（简称“硅臻量子”）首席科学家、中国科技大学、中科院量子信息重点实验室教授任希锋研究组与德国马克斯普朗克光科学研究所MarioKrenn教授合作，基于光量子集成芯片，国际首次展示了四光子非线性产生过程的干涉，相关成果于1月13日发表在光学权威学术期刊Optica上。这是继1月4日任希锋教授联合新加坡国立大学首次实现基于新型二维材料非线性的量子光源并于国际顶级期刊《Nature》上获发研究论文后，再次获得国际顶级学术期刊发布最新量子光学研究成果，也是其在量子光学研究中的又一次突破性进展。

硅臻量子首席科学家、中科院量子信息重点实验室任希锋教授、德国马克斯普朗克光科学研究所MarioKrenn教授为论文共同通讯作者，中科院量子信息重点实验室特任副研究员冯兰天为论文第一作者。该成果成功地将两光子非线性干涉过程扩展到多光子过程，为新型量子态制备、远程量子计量以及新的非局域多光子干涉效应观测等众多新应用奠定了基础。审稿人一致认为这是一个重要的研究工作，并给出了高度评价：“The chip is well-designed and contains various integrated optical components such as entangled photon source, an interferometer, frequency filter/combiner （该芯片设计精良，包含多种集成光学元件，如纠缠光子源、干涉仪、频率滤波器/组合器）”、“This work pushes forward the research field of integrated photonic quantum information science and technology（这项工作推动了集成光子量子信息科学与技术研究领域的发展）”。

量子干涉是众多量子应用的基础，特别是近年来基于路径不可区分性产生的非线性干涉过程越来越引起人们的关注。尽管双光子非线性干涉过程已经实现了二十多年，并且在许多新兴量子技术中得到了应用，直到2017年人们才在理论上将该现象扩展到多光子过程，但实验上由于需要极高的相位稳定性和路径重合性需求，一直未获得新的进展。光量子集成芯片，以其极高的相位稳定性和可重构性逐渐发展成为展示新型量子应用、开发新型量子器件的理想平台，也为多光子非线性干涉研究提供了实现的可能性。

任希锋研究组长期致力于硅基光量子集成芯片开发及相关应用研究并取得系列重要进展：（1）国际上首次基于硅基光子集成芯片实现了四光子源的制备（Light Sci Appl 8, 41, 2019）；（2）首次实现频率兼并四光子纠缠源制备（npj Quantum Inf 5, 90, 2019）；（3）首次实现波导模式编码的量子逻辑门操作（Phys. Rev. Lett. 128, 060501,2022）和超紧凑量子逻辑门操作（Phys. Rev. Lett., 126, 130501,2021）等。在这些工作基础上，研究组同MarioKrenn教授合作，通过进一步将多光子量子光源模块、滤波模块和延时模块等结构进一步片上级联，在国际上首次展示了四光子非线性产生过程的相干相长、相消过程。实验结果如图1(a)所示，四光子干涉可见度为0.78。而双光子符合并未观测到随相位的明显变化，这同理论预期一致。整个实验在一个尺寸仅为3.8×0.8mm2的硅基集成光子芯片上完成，如图1(b)所示。

(a)

(b)

图1. (a)量子干涉测量结果；(b)用于实现四光子非线性量子干涉的集成光量子芯片。

任希锋教授作为教育部青年长江学者，旨在将量子光源、光量子操作及量子测量集成到可扩展的光学芯片上，实现实用化光学量子计算、量子模拟与量子精密测量。近5年时间内，其以第一作者、通讯作者（含并列）身份发表论文三十余篇，包含Science 1篇， Nature 1篇等，共计发表SCI论文一百余篇。

作为量子光学领域的专家，任希锋教授近期接受硅臻量子的邀约出任首席科学家。任教授一直关注量子光学走向实用化和规模化，因此选择加入关注产业化落地的硅臻量子。此次多体非线性量子干涉的发现让梦想更近一步。

硅臻量子是一家专注于光量子集成芯片设计的国家高新技术企业，聚焦于打造光量子计算、量子安全、量子教研等领域的量子信息关键器件。硅臻量子矢志通过集成芯片技术让量子信息产品变得更小巧、更高效、更可靠、更实惠，并致力于推动量子信息产品在各个领域的广泛应用。

Optica（前身是成立于1916年的OSA，已于2021年更名），在全球 180 多个国家拥有 22,000 多名成员，包括光学和光子学领域的科学家、工程师、教师、技术人员和商业领袖。根据 2021 期刊引证报告(JCR) 数据，Optica Publishing Group 出版的同行评审期刊在光学和光子学两个学科中提供了 33% 的文献和 38% 的总被引次数。其内容主要涉及光学和光子学的进展，包括基础科学到工程应用，其最新影响因子24.750，是光学领域顶级期刊。

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