近日，中國科學技術大學聯(lián)合浙江大學、隆德大學及合肥硅臻芯片技術有限公司（以下簡稱“硅臻”）等單位機構在量子測量領域取得重要進展。研究團隊利用可編程光子集成光學技術，成功實現(xiàn)了三維量子系統(tǒng)中的對稱信息完備（SIC）測量，為高維量子信息處理提供了新技術手段。相關成果以《Higher-dimensional symmetric informationally complete measurement via programmable photonic integrated optics》（《基于可編程光子集成光學的高維對稱信息完備測量》）為題，發(fā)表于國際權威期刊《Optica》。

對稱信息完備測量（SIC測量）是量子信息科學中的重要工具，具有高信道容量、強噪聲抵抗能力、可簡化量子計算等優(yōu)點，廣泛應用于量子態(tài)層析、隨機數(shù)生成、量子密鑰分發(fā)等領域。然而，隨著量子系統(tǒng)維度的增加，其實現(xiàn)難度顯著提升，目前尚無高保真、可擴展的平臺。

為此，研究團隊創(chuàng)新開發(fā)了硅基可編程光子集成芯片（QPIC）技術方案，核心即將 9×9 的 Naimark 擴展矩陣拆分為 3×3 子空間級聯(lián)操作，采用路徑編碼來制造高維量子態(tài)，并通過馬赫-曾德爾干涉儀（MZI）和相位調制器動態(tài)調控量子態(tài)，以實現(xiàn)高維對稱信息完備測量。該芯片尺寸僅為3.3×1.0 mm2，片上相位調制器干涉可見度超過0.99，展現(xiàn)出優(yōu)異的系統(tǒng)穩(wěn)定性。

在此基礎上，團隊通過量子態(tài)層析、量子態(tài)判別模擬、量子隨機數(shù)生成等多組實驗，充分驗證其性能優(yōu)勢。結果顯示，在量子態(tài)層析任務中，量子態(tài)的平均測量保真度（Fidelity）高達96.48%，芯片實現(xiàn)的測量值接近理想的SIC測量。在隨機數(shù)生成中，隨機性達到R =1.72，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)投影測量的1.58比特上限。

該工作首次在集成光量子芯片上實現(xiàn)了高保真、可編程的三維 SIC-POVM，顯著簡化了高維量子系統(tǒng)測量的復雜度，證明了高維廣義測量的可擴展性和穩(wěn)定落地，為量子信息處理領域提供了一種高效、可編程的高維量子測量平臺。未來，結合成熟的光源和傳輸技術，該平臺還將推動硅光子集成電路在量子計算、量子通信和量子精密測量中的廣泛應用。

論文鏈接： DOI: 10.1364/OPTICA.551264

https://opg.optica.org/optica/viewmedia.cfm?uri=optica-12-7-1014&html=true

關于硅臻芯片

硅臻芯片是一家專注于集成光量子芯片設計的高新技術企業(yè)。核心研發(fā)團隊成員擁有超過20年集成光量子技術積累，致力將量子光源、光量子操作及量子測量等核心光量子部分集成到可擴展的光學芯片上，從而實現(xiàn)基于集成光量子芯片的光量子計算機、量子安全芯片等，真正做到讓量子信息產(chǎn)品變得更小巧、更高效、更可靠、更實惠。