深圳科研团队突破量子高阶压缩技术助力超强算力

量子计算的发展路径，始终遵循着两条并行推进的技术路线：其一是基于量子比特的离散变量方案，其二是连续变量方案。近日，深圳国际量子研究院传来一项具有重要价值的科研突破——徐源研究员与俞大鹏院士团队在连续变量量子资源制备领域取得了关键实验进展，相关成果已发表于光学领域顶级期刊《Optica》。

简而言之，该团队通过可编程参数化量子电路，在超导微波腔中成功制备出三阶压缩态、四阶压缩态以及三次相位态等非高斯态。这一成果绝非“小修小补”，而是为连续变量量子计算与精密测量提供了不可或缺的核心资源。

什么是“非高斯态”？为何如此重要？

先来了解一些背景。连续变量量子信息处理，目前已是量子科技前沿的重要研究方向。与量子比特所采用的离散变量方案不同，连续变量方案利用玻色模式的无限维希尔伯特空间，这一特性使其在量子纠错、量子计量学和量子模拟等领域展现出独特优势。

然而，要实现通用连续变量量子计算，仅依靠传统的高斯态（如压缩态）远远不够。关键在于非高斯态的制备与操控能力——也就是高阶压缩态、三阶相位态这类量子态。它们的核心价值在于具备丰富的量子关联和显著的Wigner负性，这正是连续变量量子计算超越经典计算的关键资源。可以这样理解：如果说传统压缩态是量子世界的“基本功”，那么非高斯态就是施展“高阶魔法”的必备要素。

攻克制备难题，实现高保真度

非高斯态的实验制备说来容易，实际难度极大。其难点在于需要精确调控高阶非线性相互作用，这本身就是一道硬骨头。面对这一挑战，研究团队打出了一套漂亮的组合拳。

他们基于三维电路量子电动力学架构，利用超导微波腔与辅助量子比特之间的色散耦合，研发并实现了一种名为“参数化光子数滤波”（PNF）的操作。该操作的核心是对腔量子态进行光子数依赖的滤波。不仅如此，团队还通过数值优化，精准调整了PNF操作中的关键参数——包括位移幅度与相位、受控相位以及辅助比特的旋转轴。随后将多个PNF操作级联，最终在超导微波谐振腔中，以高保真度成功制备出三阶压缩态、四阶压缩态和三阶相位态。

非高斯特性显著，精密测量潜力巨大

制备出来之后，效果如何？研究团队采用Wigner对数负度这一指标，定量评估了这些量子态的非高斯特性。实验结果十分清晰：随着压缩阶数和压缩参数的增加，Wigner负度显著增强，与传统的双光子压缩态的高斯特特性形成鲜明对比。换句话说，这些非高斯态的“非经典性”确实十分突出。

更有价值的是，通过计算量子Fisher信息，团队还验证了这类非高斯资源在量子精密测量中的巨大潜力。这意味着，未来在超高精度测量领域，该成果有望发挥重要作用。

该工作的第一作者是深圳国际量子研究院副研究员邓晓玮与博士研究生蔡燕燕，通讯作者为徐源研究员，最后作者为俞大鹏院士。其他合作者还包括副研究员倪忠初、博士研究生张礼博、研究员刘松。研究获得了广东省科技厅、深圳市科创委、国家自然科学基金委、合肥国家实验室等单位的大力支持。

这一成果标志着我国在连续变量量子资源制备领域迈出了关键一步。它不仅是技术层面的突破，更是为未来的通用量子计算与超高精度量子测量奠定了坚实的基础。