为超强算力铺路！深圳科研团队突破量子“高阶压缩”技术

量子计算的发展路径，向来都是两条腿走路：一条是量子比特方案，另一条是连续变量方案。最近，深圳国际量子研究院传来一则颇具分量的进展——徐源研究员、俞大鹏院士团队在连续变量量子资源制备上取得了关键实验突破，相关成果已经发表在光学领域顶级期刊《Optica》上。

简单来说，他们通过可编程参数化量子电路，在超导微波腔里成功制备出了三阶压缩态、四阶压缩态和三次相位态这类非高斯态。这可不是什么“小修小补”，而是为连续变量量子计算和精密测量提供了至关重要的核心资源。

什么是“非高斯态”？为什么重要？

先聊一个背景。连续变量量子信息处理，如今已是量子科技前沿的重要方向。和量子比特那套离散变量方案不同，连续变量方案利用的是玻色模式无限维希尔伯特空间，这个特性让它能在量子纠错、量子计量和量子模拟等领域展现出独特优势。

但问题在于，要想实现通用的连续变量量子计算，光靠传统的高斯态（比如压缩态）是远远不够的。关键在哪？就在于非高斯态的制备和操控能力——也就是高阶压缩态、三阶相位态这类家伙。它们的特别之处在于，拥有丰富的量子关联和显著的Wigner负性，这恰恰是连续变量量子计算超越经典计算的核心资源。可以这么理解：如果说传统压缩态是量子世界的“基本功”，那非高斯态就是施展“高阶魔法”的必备资源。

攻克制备难题，实现高保真度

非高斯态的实验制备，说起来容易，做起来难。难点在于，它需要精确调控高阶非线性相互作用，这本身就是个硬骨头。面对这个挑战，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，利用超导微波腔和辅助量子比特之间的色散耦合，研发并实现了一种叫“参数化光子数滤波”（PNF）的操作。这个操作的核心，就是对腔量子态进行光子数依赖的滤波。光有理论还不够，团队还通过数值优化，精准调整了PNF操作中的关键参数——包括位移幅度和相位、受控相位，以及辅助比特的旋转轴。然后将多个PNF操作级联起来，最终在超导微波谐振腔中，成功高保真度地制备出了三阶压缩态、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

制备出来了，但效果怎么样？研究团队用了Wigner对数负度这个指标，来定量评估这些量子态的非高斯特性。实验结果很清晰：随着压缩阶数和压缩参数的增加，Wigner负度明显增强，和传统双光子压缩态的高斯特特性形成了鲜明对比。换句话说，这些非高斯态的“非经典性”确确实实是显著的。

更有意思的是，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，这玩意儿可能派上大用场。

这项工作的第一作者是深圳国际量子研究院的副研究员邓晓玮和博士研究生蔡燕燕，通讯作者为徐源研究员，最后作者是俞大鹏院士。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。研究得到了广东省科技厅、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。它不仅仅是一个技术突破，更是为未来通用量子计算和超高精度量子测量，铺下了坚实的地基。