Chinesischen Wissenschaftlern gelingt Durchbruch bei integrierten photonischen Quantenchips

Chinesischen Wissenschaftlern ist ein großer Durchbruch bei integrierten photonischen Quantenchips gelungen, indem sie erste „kontinuierliche variable“ Quanten-Mehrteiligkeitsverschränkungen und Cluster-Zustände auf dem Chip demonstriert haben.

Der Durchbruch schließe eine kritische Lücke in der Entwicklung photonischer Quantenchips und lege den Grundstein für eine skalierbare Quantenverschränkung mit potenziellen Anwendungen im Quantencomputing und in Quantennetzwerken, heißt es in einem Bericht.

Die Forschung, die von Wissenschaftlern der Peking-Universität und der Shanxi-Universität geleitet wurde, wurde in der neuesten Ausgabe von Nature veröffentlicht.

Integrierte photonische Quantenchips sind fortschrittliche Plattformen, die entwickelt wurden, um Quanteninformationen auf Chipebene zu kodieren, zu verarbeiten, zu übertragen und zu speichern. Das Erreichen einer großflächigen Quantenverschränkung von photonischen Qubits auf diesen Chips stellte jedoch lange Zeit eine große Herausforderung dar.

Eine zentrale Schwierigkeit sei die deterministische und skalierbare Vorbereitung von Clusterzuständen gewesen, die in der Quanteninformationswissenschaft von entscheidender Bedeutung sind, insbesondere für photonische Quantenchips, erklärte Wang Jianwei, Professor an der Peking-Universität.

Durch die Entwicklung neuer Technologien für kohärentes Pumpen, Steuern und Messen von kontinuierlichen variablen Clusterzuständen konnte das Team verschiedene Clusterzustände erfolgreich deterministisch und rekonfigurierbar präparieren. Die Verschränkungsstrukturen wurden durch umfangreiche experimentelle Tests rigoros validiert.

„Wir haben Pionierarbeit bei der Entwicklung eines kontinuierlichen variablen Quantenchips geleistet, der die deterministische Erzeugung von Clusterzuständen direkt auf dem Chip ermöglicht“, erklärt Wang. „Unsere Arbeit unterstreicht das Potenzial dieser integrierten Geräte für die Weiterentwicklung von Quantencomputing, Vernetzung und Sensorik.“

Dieser Erfolg markiere einen Durchbruch chinesischer Wissenschaftler auf dem Gebiet der integrierten photonischen Quantenchips, betonte Gong Qihuang, selbst Akademiker der Chinesischen Akademie der Wissenschaften.

„Dieser Durchbruch eröffnet einen neuen Weg für die Vorbereitung und Manipulation großskaliger quantenverschränkter Zustände, die für die Entwicklung von Quantencomputern und Quantennetzwerktechnologien von entscheidender Bedeutung sind“, erörterte Gong.

Zuvor hatte das Forschungsteam einen ultragroßen photonischen Quantenchip entwickelt, der etwa 2.500 Komponenten integriert und damit einen skalierbaren und stabilen Kern für zukünftige Quantencomputer bietet.