通用百万比特光量子计算获突破

合肥硅臻芯片技术有限公司联合中国科学技术大学量子信息重点实验室任希锋教授研究组，在通用光量子计算核心技术领域取得关键性、开创性突破。研究团队依托自研可编程硅光集成芯片，创新突破传统量子比特制备瓶颈，首次在片上成功实现4光子16量子比特GHZ态、单光子4量子比特簇态的稳定生成，为通用光量子计算工程化落地、高性能量子算力搭建开辟了全新技术路径。在光量子计算中，多光子纠缠态是实现量子算法的核心资源，但多光子源发射效率低、制备概率随光子数指数下降，使得多光子纠缠成为稀缺资源。为此，研究团队提出一种基于测量的量子计算（MBQC）技术路线下的纠缠态资源制备方法，基于“高维扩展-路由-逐层量子测量”的资源扩展思路，利用单个光子的路径自由度进行高维编码，将复杂的多光子态制备问题转化为对单光子的高维扩展、路由和分层测量操作，配合四层可编程测量模块，实现了多量子比特图态的高效制备与任意单量子比特测量。实验结果显示，团队不仅成功制备了4光子16量子比特纠缠态，还验证了单光子4量子比特簇态的稳定性，这意味着在单个硅光芯片上就可实现传统需要多个光子源才能完成的纠缠态制备，量子比特数量得以指数级扩展。该技术突破使得片上光量子比特数不再受限于光子源数量，而是可以通过单光子的高维编码和分层测量无限扩展，理论上可支撑百万比特级光量子计算。这一成果标志着光量子计算从实验室走向工程化的重要一步，有望大幅降低量子计算硬件成本，推动量子计算在密码学、材料模拟、人工智能等领域的应用。