量子技术在量子计算、量子通信和量子测量等领域具有广泛应用，其关键在于实现大规模的量子纠缠态生成。集成量子光子学作为一种具有高集成度的量子信息处理平台，能够在单一芯片上完成量子光态的编码、处理和探测，提供了实现这一目标的有力途径。与传统的离散变量量子比特相比，连续变量量子模式（qumodes）通过编码光场的四分量来传递信息，能够更容易实现大规模量子模式的生成和纠缠，成为量子技术发展的一个重要方向。然而，生成大规模的连续变量纠缠态仍面临诸多挑战，尤其是在集成光子平台上高效生成和检测多模纠缠仍然是一个亟待解决的问题。
成果简介为了解决这一问题，北京大学物理学院王剑威教授团队以及山西大学苏晓龙等人合作在Nature期刊上发表了题为“Continuous-variable multipartite entanglement in an integrated microcomb”的最新论文。该团队设计并制备了一种集成光学微谐振腔基础的频率梳（微梳），成功实现了连续变量八模式纠缠的确定性生成。这一成果通过采用低阈值的量子频率梳微梳技术，在光学芯片上实现了多模 squeezed-vacuum 光学频率梳的生成。团队利用量子微梳的布拉格散射效应，成功突破了传统二阶非线性过程中的限制，显著提高了多粒度纠缠的生成效率。北大博士生贾新宇、翟翀昊、山西大学朱学志为本文共同第一作者。
此外，团队采用相干多色泵浦-探测（CPPD）技术进行系统的量子态操控与测量，通过违反 van Loock-Furusawa 标准，验证了该八模式量子态的不可分离性，并表征了近似集群类型结构的多粒度纠缠特征。实验结果表明，该方法能够在广泛副频带上检测到四分量 squeezed 和多粒度纠缠，为大规模量子纠缠的生成和操控提供了新的技术途径，展示了集成光子平台在量子计算、量子网络和量子传感等领域的巨大潜力。
（1）实验首次在集成光学芯片上生成了连续变量的八模式纠缠，得到了多模 squeezed-vacuum 光学频率梳。
（2）实验通过低于阈值的微谐振腔生成了量子频率 squeezed 真空模式，并通过违反正部分转置（PPT）标准验证了八模式纠缠的不可分离性。
（3）实验通过超模多粒度纠缠的生成，展示了在百兆赫兹副频带频率范围内的纠缠特性，并采用 van Loock–Furusawa 标准的实验违反来验证超模多粒度纠缠的存在。
（4）实验通过测量零化子相关矩阵，表征了所生成的多粒度纠缠结构，并发现这些结构近似于有限 squeezing 下的集群类型结构。
（5）实验采用相干多色泵浦-探测技术（CPPD）准备、操控和测量多粒度纠缠，并且检测到了跨广泛副频带的四分量 squeezed 和多粒度纠缠。
图文解读
图1：集成光学低阈值微梳中的连续变量多粒度纠缠。
图2：集成氮化硅微梳及其用于生成和表征连续变量多量子模式纠缠的实验装置。
图3：多模 squeezed 态的生成与表征。
图4：零化子测量实验及 van Loock–Furusawa 不等式的违反。
图5：各种多粒度纠缠的零化子相关性全表征。
结论展望本文展示了集成光学平台上连续变量多粒度纠缠的确定性生成，并通过违反van Loock–Furusawa标准验证了纠缠特性，为量子计算、网络和传感等领域提供了新的思路。实验中通过微梳器件实现了小规模的多模纠缠，并结合先进的多色泵浦-探测技术，充分挖掘了微梳中的物理机制。这一成果不仅证明了集成光子学在量子技术中的潜力，也为未来将纠缠规模扩展到数百甚至数千个量子模式提供了可能路径。通过增加微梳的尺寸、采用宽带微梳或孤子梳作为泵浦，可以进一步提升量子态的规模和纠缠程度。
此外，通过路径与时间模式复用的策略，以及提高 squeezed 光束逃逸效率，能够进一步增强量子光源的性能。这些进展为量子光子学平台的规模化和高效化提供了理论依据，也为未来量子信息处理的实际应用奠定了基础。总之，集成光子学与连续变量量子技术的结合将推动量子技术从实验室走向实际应用，特别是在量子网络和量子计算领域。
文献信息Jia, X., Zhai, C., Zhu, X. et al. Continuous-variable multipartite entanglement in an integrated microcomb. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08602-1
