信息科學技術學院張曉倩副教授課題組兩篇論文被量子信息領域國際知名期刊錄用
暨南大學融媒體中心訊 近日，暨南大學信息科學技術學院張曉倩副教授團隊在量子信息領域取得新進展，兩篇研究成果分別發(fā)表于《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》（PNAS）和《Physical Review A》（PRA）。
PNAS（美國國家科學院院刊）創(chuàng)刊于1914年，由美國國家科學院主辦，是國際頂尖綜合性學術期刊之一，在自然科學、工程技術及交叉學科領域具有廣泛影響力。該期刊實行嚴格的同行評審制度，錄用率約為13%，長期發(fā)表具有原創(chuàng)性和跨學科意義的重要研究成果，在全球科研界享有較高聲譽?！禤hysical Review A》由美國物理學會（American Physical Society，APS）出版，是物理學領域的重要專業(yè)期刊之一，主要涵蓋量子信息、量子光學、原子分子物理及基礎量子理論等方向，在量子信息與量子物理研究領域具有較強的國際影響力，是相關領域的重要的學術交流與成果發(fā)布平臺。此次兩篇論文分別聚焦光量子模塊高效評估與單次查詢條件下量子操作分辨兩個方向，體現(xiàn)了團隊在集成光量子芯片與量子信息處理領域的持續(xù)創(chuàng)新能力。
論文一：通過兩光子高維干涉高效評估光學量子模塊
該論文以暨南大學信息科學技術學院為第二署名單位。張曉倩副教授與中山大學物理學院博士研究生羅茂林（現(xiàn)就職于粵港澳大灣區(qū)量子科學中心）為共同第一作者，中山大學物理學院、光電材料與技術國家重點實驗室周曉祺教授為獨立通訊作者。
研究內容：
暨南大學信息科學技術學院計算機系張曉倩副教授與中山大學物理學院、光電材料與技術國家重點實驗室周曉祺教授合作，提出了一種基于兩光子高維Hong–Ou–Mandel干涉的光量子模塊高效評估方法。該方法通過顯著降低量子器件性能表征所需的測量資源，實現(xiàn)了對光量子模塊保真度的精準評估，為大規(guī)模光量子系統(tǒng)的可靠構建提供了新思路，具備更強的可擴展性和實驗友好性。此次合作成果將為未來光量子信息技術的發(fā)展奠定基礎，推動量子計算和量子通信等領域的進步。
隨著量子信息技術的迅猛發(fā)展，量子模塊的精準測試與校準需求日益迫切。尤其在光學量子電路中，模塊性能的可量化可靠性直接關系到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性與運行效率。然而，傳統(tǒng)評估方法——如量子過程層析、直接保真度估計以及隨機基準測試——往往依賴大量測量設置與實驗資源，測量開銷隨系統(tǒng)維度迅速增長，難以滿足高維度、大規(guī)模光量子系統(tǒng)的發(fā)展需求。
圖1 兩光子量子模塊評估概念圖
針對上述挑戰(zhàn)，研究團隊提出了兩光子量子模塊評估方法（TQME）。該方法通過引入光子路徑與時間模式等多自由度編碼，通過高維 Hong–Ou–Mandel（HOM）干涉，將量子模塊的性能評估轉化為兩光子干涉統(tǒng)計分布的測量與重構。與傳統(tǒng)表征方法相比，TQME 僅需固定的一組測量設置，且測量資源不隨系統(tǒng)維數(shù)顯著增長，在資源效率與可擴展性方面具有明顯優(yōu)勢。為驗證方法的有效性，團隊在硅基集成光量子芯片平臺上開展實驗驗證。實驗選取 Hadamard 門及代表性的任意幺正變換作為目標操作，并構建 21 組不同模塊組合進行系統(tǒng)評估。實驗結果與理論預測高度一致，驗證了該方法在復雜模塊結構下的穩(wěn)定性與可靠性。該工作為光量子模塊的高效性能評估提供了一種資源節(jié)約且可擴展的新范式，為高維光量子系統(tǒng)的精確標定與規(guī)?；瘶嫿ǖ於酥匾A。
圖2 TQME方法評估光學模塊性能的實驗結果
論文二：利用局部運算和經(jīng)典通信在可編程硅光子芯片上實驗性單查詢區(qū)分糾纏酉方
該論文以暨南大學信息科學技術學院為第一署名單位。張曉倩副教授為獨立第一作者，中山大學物理學院博士研究生李志浩（現(xiàn)就職于光庫科技股份有限公司）與羅茂林（現(xiàn)就職于粵港澳大灣區(qū)量子科學中心）為共同通訊作者。研究工作還得到了中山大學計算機科學與工程學院及量子計算與軟件研究所李綠周教授的支持與參與。
研究內容：
暨南大學信息科學技術學院計算機系張曉倩副教授團隊在硅基集成光量子芯片平臺上，實現(xiàn)了單次查詢條件下基于局部操作與經(jīng)典通信（LOCC）的兩量子比特糾纏幺正操作分辨。該研究通過對 PD、MED 和 UD 三種判別策略進行系統(tǒng)比較與實驗驗證，在資源受限條件下完成了糾纏量子操作的有效區(qū)分，為單次查詢場景下量子操作識別問題的實驗實現(xiàn)提供了可行路徑。
在量子信息處理中，量子操作的精確識別是量子算法驗證、量子網(wǎng)絡構建和量子安全通信的重要基礎。然而，在實際物理系統(tǒng)中，查詢次數(shù)往往受到嚴格限制。單次查詢問題因其資源最少、約束最強，被認為是量子操作分辨中最具挑戰(zhàn)性的情形之一。傳統(tǒng)全局測量策略通常依賴復雜的聯(lián)合操作和較高維度的測量資源，在單次查詢條件下實現(xiàn)難度較大。因此，在單次查詢資源限制下，探索可實驗實現(xiàn)的分辨方案具有重要意義。
圖3單次查詢下基于局部操作和經(jīng)典通信（LOCC）策略進行幺正操作分辨的示意圖。（a）完美分辨（PD）和最小誤差分辨方案（MED）。（b）準確無誤分辨方案（UD）。
實驗在可編程硅基集成光量子芯片平臺上完成。團隊對 MED、UD 和 PD 三種區(qū)分策略進行了系統(tǒng)驗證。結果顯示，在單次查詢條件下，UD 方案在成功判別概率上整體優(yōu)于 MED 方案，且實驗趨勢與理論預測保持高度吻合，驗證了實驗方案的穩(wěn)定性與可靠性。
圖4硅基集成光量子芯片實現(xiàn)平臺
本研究得到廣東省自然科學基金（項目編號：2023A1515011556）、2024年度廣州市科技局“啟航”項目（項目編號：2024A04J3268）、中央高校教育教學改革專項項目（項目編號：82624636）、中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金以及廣東省量子科學與工程重大科技專項（項目編號：GDZX2303007）的支持。相關研究依托中山大學光電材料與技術國家重點實驗室及物理學院科研平臺完成。
責編：李梅