理大團隊研發高維度量子糾纏光源芯片 最新研究成果發表於頂尖學術期刊《科學》

香港理工大學(理大)聯同兩岸三地多間著名大學的科研團隊，合力研發高維度量子糾纏光源芯片，團隊成員來自南京大學、中國科學技術大學、台灣大學、中央研究院、聯合大學和華東師範大學。有關研究成果今日於國際頂尖學術期刊《科學》最新一期發表，其題目為「Metalens-array-based high-dimensional and multi-photon quantum source」(文章連結)。

該研究工作為高維度量子糾纏光源芯片的研發，結合量子光學與超構表面光學，設計並製作10×10超構透鏡陣列，從實驗上證實了同源多光子對之間互相疊加與關聯的量子行為(圖一)，實現了高維度量子糾纏光源芯片。

現今科技發展一日千里，互聯網在人類的生活中不可或缺，對大數據、物聯網，以及資料的傳輸與儲存的需求倍增，但根據摩爾定律，半導體工業的製程理論已快逼近極限，芯片能增加的處理能力也漸漸趨緩，為了應對更高的資訊安全性、訊息攜帶量與計算量，量子光學是最強而有力的解決方法。在量子資訊科學中，如量子計算、量子通信與量子密碼等等，其物理結構建立在量子比特(Qubit)的產生、傳輸、處理與分析。

目前電腦數位信號的0和1，可以有二進位的變數。在量子光學中，一對糾纏光子對可包含多個量子態，是量子光學的基本性質，當多對同源糾纏光子對的量子態互相耦合疊加，會產生高維度全新的量子疊加態(圖二及圖三)。本研究利用10×10超構透鏡陣列與自發性下轉換非線性晶體，構成一高維度量子糾纏芯片，可產生100對互相關聯的糾纏光子對，我們成功地實現了多對糾纏光子的量子光學干涉實驗，得到將近98.4%的保真度，證實了此高維度量子糾纏芯片的可行性。

此項突破性的研究，將會幫助量子資訊科學，更廣泛地應用在我們未來的日常生活中，例如：量子移動通訊、電子郵件、網上交易、無現金支付、ATM與電子銀行、網絡安全、機器學習、人工智能、神經網絡，以及其他安全保密相關的領域。

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