暨南大学融媒体中心讯 近日，暨南大学信息科学技术学院张晓倩副教授团队在量子信息领域取得新进展，两篇研究成果分别发表于《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》（PNAS）和《Physical Review A》（PRA）。

PNAS（美国国家科学院院刊）创刊于1914年，由美国国家科学院主办，是国际顶尖综合性学术期刊之一，在自然科学、工程技术及交叉学科领域具有广泛影响力。该期刊实行严格的同行评审制度，录用率约为13%，长期发表具有原创性和跨学科意义的重要研究成果，在全球科研界享有较高声誉。《Physical Review A》由美国物理学会（American Physical Society，APS）出版，是物理学领域的重要专业期刊之一，主要涵盖量子信息、量子光学、原子分子物理及基础量子理论等方向，在量子信息与量子物理研究领域具有较强的国际影响力，是相关领域的重要的学术交流与成果发布平台。此次两篇论文分别聚焦光量子模块高效评估与单次查询条件下量子操作分辨两个方向，体现了团队在集成光量子芯片与量子信息处理领域的持续创新能力。

论文一：通过两光子高维干涉高效评估光学量子模块

该论文以暨南大学信息科学技术学院为第二署名单位。张晓倩副教授与中山大学物理学院博士研究生罗茂林（现就职于粤港澳大湾区量子科学中心）为共同第一作者，中山大学物理学院、光电材料与技术国家重点实验室周晓祺教授为独立通讯作者。

研究内容：

暨南大学信息科学技术学院计算机系张晓倩副教授与中山大学物理学院、光电材料与技术国家重点实验室周晓祺教授合作，提出了一种基于两光子高维Hong–Ou–Mandel干涉的光量子模块高效评估方法。该方法通过显著降低量子器件性能表征所需的测量资源，实现了对光量子模块保真度的精准评估，为大规模光量子系统的可靠构建提供了新思路，具备更强的可扩展性和实验友好性。此次合作成果将为未来光量子信息技术的发展奠定基础，推动量子计算和量子通信等领域的进步。

随着量子信息技术的迅猛发展，量子模块的精准测试与校准需求日益迫切。尤其在光学量子电路中，模块性能的可量化可靠性直接关系到整个系统的稳定性与运行效率。然而，传统评估方法——如量子过程层析、直接保真度估计以及随机基准测试——往往依赖大量测量设置与实验资源，测量开销随系统维度迅速增长，难以满足高维度、大规模光量子系统的发展需求。

图1 两光子量子模块评估概念图

针对上述挑战，研究团队提出了两光子量子模块评估方法（TQME）。该方法通过引入光子路径与时间模式等多自由度编码，通过高维 Hong–Ou–Mandel（HOM）干涉，将量子模块的性能评估转化为两光子干涉统计分布的测量与重构。与传统表征方法相比，TQME 仅需固定的一组测量设置，且测量资源不随系统维数显著增长，在资源效率与可扩展性方面具有明显优势。为验证方法的有效性，团队在硅基集成光量子芯片平台上开展实验验证。实验选取 Hadamard 门及代表性的任意幺正变换作为目标操作，并构建 21 组不同模块组合进行系统评估。实验结果与理论预测高度一致，验证了该方法在复杂模块结构下的稳定性与可靠性。该工作为光量子模块的高效性能评估提供了一种资源节约且可扩展的新范式，为高维光量子系统的精确标定与规模化构建奠定了重要基础。

图2 TQME方法评估光学模块性能的实验结果

论文二：利用局部运算和经典通信在可编程硅光子芯片上实验性单查询区分纠缠酉方

该论文以暨南大学信息科学技术学院为第一署名单位。张晓倩副教授为独立第一作者，中山大学物理学院博士研究生李志浩（现就职于光库科技股份有限公司）与罗茂林（现就职于粤港澳大湾区量子科学中心）为共同通讯作者。研究工作还得到了中山大学计算机科学与工程学院及量子计算与软件研究所李绿周教授的支持与参与。

研究内容：

暨南大学信息科学技术学院计算机系张晓倩副教授团队在硅基集成光量子芯片平台上，实现了单次查询条件下基于局部操作与经典通信（LOCC）的两量子比特纠缠幺正操作分辨。该研究通过对 PD、MED 和 UD 三种判别策略进行系统比较与实验验证，在资源受限条件下完成了纠缠量子操作的有效区分，为单次查询场景下量子操作识别问题的实验实现提供了可行路径。

在量子信息处理中，量子操作的精确识别是量子算法验证、量子网络构建和量子安全通信的重要基础。然而，在实际物理系统中，查询次数往往受到严格限制。单次查询问题因其资源最少、约束最强，被认为是量子操作分辨中最具挑战性的情形之一。传统全局测量策略通常依赖复杂的联合操作和较高维度的测量资源，在单次查询条件下实现难度较大。因此，在单次查询资源限制下，探索可实验实现的分辨方案具有重要意义。

图3单次查询下基于局部操作和经典通信（LOCC）策略进行幺正操作分辨的示意图。（a）完美分辨（PD）和最小误差分辨方案（MED）。（b）准确无误分辨方案（UD）。

实验在可编程硅基集成光量子芯片平台上完成。团队对 MED、UD 和 PD 三种区分策略进行了系统验证。结果显示，在单次查询条件下，UD 方案在成功判别概率上整体优于 MED 方案，且实验趋势与理论预测保持高度吻合，验证了实验方案的稳定性与可靠性。

图4硅基集成光量子芯片实现平台

本研究得到广东省自然科学基金（项目编号：2023A1515011556）、2024年度广州市科技局“启航”项目（项目编号：2024A04J3268）、中央高校教育教学改革专项项目（项目编号：82624636）、中央高校基本科研业务费专项资金以及广东省量子科学与工程重大科技专项（项目编号：GDZX2303007）的支持。相关研究依托中山大学光电材料与技术国家重点实验室及物理学院科研平台完成。

责编：李梅