硅芯片上完全集成的量子频率处理器

频率仓编码技术作为光子量子信息处理的新兴方案,因其高维度特性、门操作并行化能力以及与现有电信基础设施的兼容性优势而备受瞩目。然而该技术的规模化应用长期以来受制于缺乏能集成量子态生成、相干频率混频和可编程光谱控制的统一平台。本工作首次实现了全集成化量子频率处理器,在单一硅基光子芯片上单片集成了微环腔双光子量子频率梳源、泵浦光抑制滤波器、高速相位调制器及四通道逐行脉冲整形器。研究团队展示了多项核心功能:成功概率超94%、保真度达99.9%以上的可调谐频率分束器,以及广义单量子比特门合成能力。最终,该器件实现了高维频率仓纠缠态的片上生成与相干调控,不仅展现了对双光子量子行走的控制能力,更首次完成片上贝尔态的频域量子层析,保真度达95.7(3)%。这项研究将所有关键功能元件集成于4×7平方毫米芯片,且具备多模式扩展潜力,为构建面向经典与量子应用的大规模频域光子处理器迈出了重要一步。

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作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-02-15 17:26

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