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科技信息 ?? 2016年第5期(总第227期) 本期提要 -化学化工学院超分子化学与动态材料研究 团队在智能水凝胶研究领域取得重要进展? -王新平教授课题组在磷自由基研究中取得 重要进展? -电子学院施毅教授、李昀副教授课题组发 表二维分子晶体液相制备研究的重要成果? -魏辉课题组在纳米模拟酶研究领域取得重 要进展? -生命科学学院李根喜教授课题组在生物分 子工程及临床检验应用研究方面取得系列 进展? -地科院在灶神星陨石高压矿物研究方面取 得新进展? -声学研究所程建春课题组在声学涡旋场的 研究方面取得进展? ?? 图

一、(A)传统偏振编码的控制非门的设计;

(B)使用介质加载表面等离激元波导的工作原理;

(C)偏振依赖分束器的SEM图;

(D)从右耦入端入射的TM模式的传播效 果;

(E)从左耦入端入射的TM模式的传播效果;

(F)从左耦入端入射的TE模式的传播效果.

蓝色箭头表明耦入光位置和偏振方向.? ?? 图

二、(A)基于介质加载金属表面等离激元的控制非门在ZZ基上测试得到的各基矢的几率;

(B)在XX基上测试得到的各基矢的几率.? 封面文章 介电体超晶格实验室研制出首个表面等离激元光量子逻辑门?? ??????南京大学固体微结构物理国家重点实验室李涛教授、祝世宁院士研究组 最近报告研制出迄今为止尺寸最小(14?*?14?μm2)光量子控制-非门. 该量子逻辑门也是国际上首个基于等离激元体系的具有光量子信息处理功 能的量子器件,能进行二比特量子操作,可作为量子集成芯片上的基本运 算单元.二比特的控制-非门和单比特的哈达玛门是通用量子计算芯片的 二种基本逻辑单元.这种基于表面等离激元构建的光量子逻辑门体积小, 因而可大幅度提高光量子芯片集成度,减少芯片的尺寸.该量子逻辑门研 制成功向着实现光量子计算目标又前进了一步.该成果近期发表在自然子 刊Nature?Communications?7:11490?DOI:?10.1038/ncomms11490上.?? ? 南京大学科学技术处

2016 年4月Science &

Technology office of Nanjing University 南京大学科学技术处

18 ???????南京大学固体微结构物理国家重点实验室李涛教授、祝世宁院士研究组最近报告研制出迄今 为止尺寸最小(14? *? 14? μm2)光量子控制-非门.该量子逻辑门也是国际上首个基于等离激元 体系的具有光量子信息处理功能的量子器件,能进行二比特量子操作,可作为量子集成芯片上的 基本运算单元.二比特的控制-非门和单比特的哈达玛门是通用量子计算芯片的二种基本逻辑单 元.这种基于表面等离激元构建的光量子逻辑门体积小,因而可大幅度提高光量子芯片集成度, 减少芯片的尺寸.该量子逻辑门研制成功向着实现光量子计算目标又前进了一步.该成果近期发 表在自然子刊Nature? Communications? 7:11490? DOI:? 10.1038/ncomms11490上,物理学院 王漱明副研究员是论文的第一作者.? ???????基于量子力学的信息处理技术使用量子位叠加原理突破了经典信息处理仅用0和1编码方式, 在根本原理上较之于经典计算有着无与伦比的优势.光子作为一个很好的量子信息处理的载体具 有很好的相干性和单比特操作特性.近年来,光量子信息处理系统已经广泛应用于量子通讯、量 子测量和量子计算等领域.然而,为了应对大规模信息处理和计算的要求,如何将光子处理系统 的尺寸进一步的压缩已经成为近 期研究者们关注的重点.当前, 有一些基于路径编码的量子逻辑 门和量子算法已经可以在集成光 路中实现了,不过路径编码方式 决定了其集成度不可能很高.而 另一种编码方式――偏振编码, 从原理上可以将光路简化,但却 很难在集成光路中实现.这是因 为光子芯片中的偏振分束和偏振 旋转,需要通过更加精确地设计 介电体超晶格实验室研制出 首个表面等离激元光量子逻辑门 现代工程与应用科学学院 科学研究RESEARCHES 图

一、(A)传统偏振编码的控制非门的设计;

(B)使用介质加载表面等离激元波导的工作 原理;

(C)偏振依赖分束器的SEM图;

(D)从右耦入端入射的TM模式的传播效果;

(E) 从左耦入端入射的TM模式的传播效果;

(F)从左耦入端入射的TE模式的传播效果.蓝色箭 头表明耦入光位置和偏振方向.? 科技信息|2016年第5期|总第227期19 波导耦合长度来实现,这种精准度对现有的集成光路设计和制成提出极大挑战.? ???????目前研制成功的等离激元光量子控制-非门巧妙地利用介质加载金属表面等离激元波导成功实现了 TE和TM两种偏振模式的操控,仅仅使用一个偏振依赖分束器(图一)就实现了偏振编码的二个量子比特 的控制-非门.它的尺寸只有14? *? 14? μm2(比之前他人的结果减小了4个量级),是目前世界上最小的 光量子逻辑门.实验给出的该控制非门的逻辑功能真值表(图二)显示了该逻辑门具有高的保真度 (63.7%?≤?Fprocess?≤?80.3%)和很好的纠缠产生能力.? ? ? 图

二、(A)基于介质加载金属表面等离激元的控制非门在ZZ基上测试得到的各基矢的几率;

(B)在XX基上测试得到的各基矢的几率.? 物理学院王漱明副研究员完成了样品的设计和测试,现代工学院博士生程庆庆完成了样品的加工,东南大 学龚彦晓博士和美国西北大学孙诚教授也是本工作的合作者,李涛教授和祝世宁院士指导了此项工作,物 理学院张若筠教授和马小松教授也提出了宝贵的意见.该项研究主要在南京大学微结构科学与技术协同创 新中心完成,得到科技部重大研究计划(量子调控项目),国家自然科学基金(创新群体项目,重大集成 项目,优秀青年基金项目和面上项目)以及南京大学登峰人才计划(B类)的支持.孙诚教授受到国家外 专局高端国外专家项目的支持.?? 科学研究RESEARCHES ........