CLEO前瞻：向多通道量子通信和大容量量子计算机迈进的重要一步

4/27/2016, 激光和光电子领域重要国际会议CLEO今年6月5日到6日在美国加州San Jose会展中心举办。今年的会议，量子通信将成为亮点之一。一个国际科研团队将在会上介绍他们研发的首个时间箱time-bin纠缠光子频梳。这一技术被认为是向多通道量子通信和大容量量子计算机的关键一步。

由Christian Reimer, Michael Kues, Piotr Roztocki等十一人组成的科研团队在一片芯片上实现了可以产生多个频率的光子纠缠时间箱，而且光子的频率在传统通信光谱内。相比其他的量子发生装置，纠缠光子不需要大型设备，而且可以实现远距离传输。作者之一的Michael Kues来自加拿大魁北克大学国家科学院，他指出，他们的芯片优势就在于小巧便宜，而且是工作在多个通道上的。

在量子通信里，传统数字通信的比特被称为qubits。不同于只能是0或者1的传统比特，qubits可以同时是0或者1，这一特性被称为叠加。为了利用这一效应，就要利用被爱因斯坦成为 “spooky action at a distance”的量子纠缠效应，也就是对一个粒子的测量会瞬间影响到另外一个。

Kues和他的同事们利用光子来实现qubits,并通过一个干涉仪同时发射两个短激光脉冲，实现纠缠。产生多频率的原理则是基于小的被称为微环谐振腔的结构。这个结构可以基于自发的混频form-wave mixing，产生一系列分立频率上的光子对，从而实现频梳。实验中，当一个单光子离开干涉仪时，它就处在叠加态，就好像同时穿过干涉仪的长臂和短臂一样。时间箱的纠缠对于光子纠缠非常可靠，而且可以实现光子偏振态的纠缠。波导结构可以影响到光子的偏振态。

相比其他学者的研究，魁北克大学这个团队的成就主要是在他们率先实现了同一芯片上多频率光子的产生。这一特性可以实现复用和多通道的量子通信，提高量子信息处理的容量。这一芯片还有助于改善量子密钥的分配，并作为未来量子计算机的关键部件。

实验装置
该项目的领导者，也是加拿大国家科学研究院的Roberto Morandotti表示，未来的计算机可能同时是量子态和常态的。量子态可以用于解决一些特殊的难题。虽然现在我们离量子计算机还很远，但是他们的研究成果是在正确的方向上重要一步。

值得指出的是，这篇文章的作者之一Brent E. Little供职于西安光机所。他在集成光学领域有20余年的研究经历，是国际著名光子集成专家，于2013年全职加入西安光机所从事光子集成相关技术研究。他是微环谐振腔理论与实验研究的早期开拓者之一，其关于微环上-下话路滤波器的文章迄今已被引用超过1300次。同时在片上非线性效应方面也有诸多建树，在光参量振荡、锁模激光器、多通道纠缠光子对产生等研究方向上已有十余篇论文发表在Nature Photonics、Nature Communication 等期刊上。

中科院网站上个月对这一成果也进行了报道。http://www.cas.cn/syky/201603/t20160314_4549310.shtml