北京大学/合肥国家实验室王剑威和龚旗煌课题组与山西大学苏晓龙教授课题组合作，首次实现了基于集成光量子芯片的连续变量簇态量子纠缠，为光量子芯片的大规模扩展及其在量子计算、量子网络和量子信息等领域的应用奠定了重要基础。该成果研究论文于2月20日在线发表于国际学术期刊《自然》杂志。

纠缠簇态作为一种典型的多比特量子纠缠态，在量子信息处理中具有重要的地位。尽管簇态纠缠的重要性已被广泛认可，但其大规模制备技术仍面临诸多挑战。例如，基于单光子的离散变量体系能够实现超高保真度的量子比特操作，但其面临的主要挑战是制备量子比特和量子纠缠存在概率性。根据现有技术手段，离散变量量子纠缠的制备成功率随比特数增加呈指数下降，这限制了其可扩展性。相比之下，基于光场正交分量编码的连续变量体系能够确定性产生量子比特和量子纠缠，尽管其操控保真度略低，却为大尺度光量子纠缠态的制备提供了一条极具前景的技术路径。

集成光量子芯片是一种能够在微纳尺度上编码、处理、传输和存储光量子信息的先进平台。自2008年国际上实现首个离散变量集成光量子芯片以来，集成光子芯片材料和技术取得了显著进展，并在离散变量光量子信息领域发挥了重要作用。然而，连续变量集成光量子芯片的发展面临诸多挑战，其编码与纠缠的比特数仅限于单模或双模压缩态，确定性地制备大规模纠缠簇态面临巨大实验困难，连续变量簇态的片上制备和验证技术在国际上仍属空白。

在本研究中，研究团队通过创新性地发展超低损耗的连续变量光量子芯片调控技术和多色相干泵浦与探测技术，成功在氮化硅集成频率梳微环腔的真空压缩频率超模上确定性地制备出多比特纠缠簇态，并实现不同簇态纠缠结构的可重构调控。

同时，团队利用van Loock-Furusawa判据实验违背和完备的nullifier（零化子）关联矩阵测量，对连续变量簇态的纠缠结构进行了严格实验判定。团队进一步对零化子的噪声关联矩阵进行了全面的测量与分析，并显著降低了不同簇态纠缠零化子之间的非对角噪声关联。这不仅严格证明了连续变量簇态的成功制备，还实现了对不同簇态纠缠结构的精确测量，为复杂量子纠缠态的制备与验证提供了新的方法论。

该工作首次在国际上实现了基于集成光量子芯片的连续变量纠缠簇态的确定性制备、可重构调控与严格实验验证。这一突破性成果不仅填补了连续变量光量子芯片领域的关键技术空白，还为大规模量子纠缠态的制备与操控提供了全新的技术路径，对推动量子计算、量子网络和量子模拟等领域的实用化发展具有非常重要的意义。

本项研究工作得到了国家自然科学基金和科技部等的支持。

论文链接： https://www.nature.com/articles/s41586-025-08602-1  

信息来源：“量子科话”微信公众号