特别说明：本文由学研汇技术中心原创撰写，旨在分享相关科研知识。因学识有限，难免有所疏漏和错误，请读者批判性阅读，也恳请大方之家批评指正。量子网络为量子通信、时钟同步、分布式量子计算和传感提供了框架。实现大规模实用的量子网络依赖于可扩展架构和集成硬件的开发，这些硬件可以通过复杂的介质量子通道共享多维纠缠来连贯地互连许多远程量子节点。基于此，北京大学王剑威研究员与浙江大学戴道锌教授等人展示了一种多芯片多维量子纠缠网络，该网络基于通过互补金属氧化物半导体工艺在硅晶圆上制造的可大规模制造的集成纳米光子量子节点芯片。使用混合复用，作者表明多个多维纠缠态可以分布在由少模光纤连接的多个芯片上。作者开发了一种可以有效检索复杂介质量子通道中的多维纠缠的技术，这对于实际应用非常重要。该工作展示了实现大规模实用的基于芯片的量子纠缠网络的能力。该网络是通过光子波长、路径、模式和偏振态的混合编码和复用来实现的。该网络可以由具有n个顶点（量子节点芯片）和n(n–1)/2个边（量子相关性）的完整图构建。作者详细介绍了其物理实现过程，通过波长复用并行性实现网络中纠缠的同时分布，通过将片上多径编码相干转换为光纤中不同偏振的线偏振（LP）多模编码，实现芯片之间的多维纠缠传输。作者以小规模演示了首个多芯片多维纠缠网络，为了实现纠缠网络架构，混合复用设备被单片集成。通过测量反向红欧曼德尔量子干涉进一步表征了光子对源，证实了MRR解复用后单光子的高光谱不可区分性。设计了一种多维芯片光纤接口，可以在片上路径编码和光纤中的偏振模式编码之间进行相干转换。
在米勒方案的基础上，作者实现了一种QER方法，可以从倒易系统中的任何复杂散射过程中主动检索多维纠缠。通过全光学实现QER，网络可以自我训练其可控芯片来检索多维纠缠，而无需重建通道矩阵和矩阵处理。QER由两个阶段组成：经典的通道解扰（CCU）算法和量子幅度平衡（QAB）策略，作者详细地展示了整个过程。
通过长时间监测串扰矩阵来测量整个系统的稳定性。任何状态旋转的发生，无论是在芯片上还是在 FMF 或其接口中，都可以通过这种测量进行监控。观察到24小时内波动低于±2.5%，表明多维芯片-光纤-芯片量子系统稳定良好。为了验证检索到的纠缠的存在，使用压缩传感技术实现了量子断层扫描测量，，证明了QER的成功。此外，多芯片系统有潜力为QKD提供更高的信息容量和更强的抗噪声能力。
YUN ZHENG, et al. Multichip multidimensional quantum networks with entanglement retrievability. Science, 2023, 381(6654): 221-226DOI: 10.1126/science.adg9210https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg9210
