理大团队研发高维度量子纠缠光源芯片 最新研究成果发表于顶尖学术期刊《科学》

香港理工大学(理大)联同两岸三地多间著名大学的科研团队，合力研发高维度量子纠缠光源芯片，团队成员来自南京大学、中国科学技术大学、台湾大学、中央研究院、联合大学和华东师范大学。有关研究成果今日于国际顶尖学术期刊《科学》最新一期发表，其题目为「Metalens-array-based high-dimensional and multi-photon quantum source」(文章连结)。

该研究工作为高维度量子纠缠光源芯片的研发，结合量子光学与超构表面光学，设计并制作10×10超构透镜数组，从实验上证实了同源多光子对之间互相迭加与关联的量子行为(图一)，实现了高维度量子纠缠光源芯片。

现今科技发展一日千里，互联网在人类的生活中不可或缺，对大数据、物联网，以及数据的传输与储存的需求倍增，但根据摩尔定律，半导体工业的制程理论已快逼近极限，芯片能增加的处理能力也渐渐趋缓，为了应对更高的信息安全性、讯息携带量与计算量，量子光学是最强而有力的解决方法。在量子信息科学中，如量子计算、量子通信与量子密码等等，其物理结构建立在量子比特(Qubit)的产生、传输、处理与分析。

目前计算机数字信号的0和1，可以有二进制的变量。在量子光学中，一对纠缠光子对可包含多个量子态，是量子光学的基本性质，当多对同源纠缠光子对的量子态互相耦合迭加，会产生高维度全新的量子迭加态(图二及图三)。本研究利用10×10超构透镜数组与自发性下转换非线性晶体，构成一高维度量子纠缠芯片，可产生100对互相关联的纠缠光子对，我们成功地实现了多对纠缠光子的量子光学干涉实验，得到将近98.4%的保真度，证实了此高维度量子纠缠芯片的可行性。

此项突破性的研究，将会帮助量子信息科学，更广泛地应用在我们未来的日常生活中，例如：量子移动通讯、电子邮件、网上交易、无现金支付、ATM与电子银行、网络安全、机器学习、人工智能、神经网络，以及其他安全保密相关的领域。

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