当全球科学家还在为量子芯片的维度拓展苦苦挣扎时，来自北京大学与浙江大学的联合研究团队已经实现了颠覆性突破——他们成功研制的集成涡旋光量子纠缠芯片，以5毫米见方的微型结构实现了每秒百万次量级的量子态操控，将量子通信容量提升至传统技术的百倍量级。这项被《自然·光子学》重点报道的成果，标志着中国在量子光电子芯片领域迈出了划时代的一步。
那此次突破具体解决了什么问题，对于国产芯片有什么样的重要价值和意义呢？一、技术突破：改写量子光芯片的物理极限
如何在集成光量子芯片体系上实现涡旋光纠缠源，一直是全球科学家面临的重大难题。这不仅需要解决涡旋量子态的片上束缚、传输与控制问题，还需要克服量子纠缠所需的相位匹配难题。针对现实技术瓶颈，北大和浙大团队创新性拓展了光量子芯片调控与片外光场整形技术，首次实现了能发射并调控量子纠缠涡旋光的量子芯片。具体来说解决了三大世界难题：1、在硅基芯片上实现OAM量子态的稳定束缚，通过独创的螺旋波导结构将轨道角动量量子态传输损耗控制在0.5dB/cm以内；2、开发了片上相位动态补偿技术，在1MHz调制频率下仍能保持量子干涉可见度超过97%；3、创新性地采用级联微环谐振腔阵列，实现了8个独立可调的OAM模式通道。为更直观了解此项技术突破的重要价值，我们将此项成果与现有国际水平的几个关键指标进行对比。具体如下表：从上表可知，无论从芯片尺寸、纠缠难度、操控速度、温度稳定向等都实现了倍数级的提升；而在可编程自由度上则首次实现了四维协同，这位技术转化和产业应用打下了良好的基础。二、应用场景：开启量子技术的多维宇宙
涡旋光场携带轨道角动量（OAM），是光场调控与光量子技术的重要资源。为大容量、实用化量子通信提供了极具潜力的方案。这种OAM高容量量子通信方案已在我国、奥地利、丹麦等地广泛采用，并应用在百公里级城内量子密钥分发中。
此次的突破将进一步打开量子技术在产业应用中的大门。具体来说，在三个领域应用潜力巨大。
1、城市量子通信领域
在已部署的北京-雄安量子骨干网中，传统偏振编码系统单光纤信道容量仅为2bit/光子。采用该芯片的OAM编码系统，单光子信息容量可达log₂(15)=3.9bit，配合波分复用技术，可使现有量子密钥分发速率从1Mbps跃升至10Gbps量级。据了解，在2024年杭州量子城域网改造项目已计划采用该技术。
2、量子精密测量领域
在陀螺仪灵敏度测试中，传统Sagnac干涉仪精度为10⁻⁸rad/s，而基于OAM纠缠光源的新型量子陀螺仪理论灵敏度可达10⁻¹²rad/s。这种量级的提升可使潜艇惯性导航系统的定位误差从每月1海里降至每年0.1海里。
3、原子钟性能跃迁
在冷原子钟操控领域，该芯片产生的涡旋光场可同时捕获和操控10⁵个铯原子，相比现有激光光镊系统，原子云密度提升20倍，将有望在2030年前实现3×10⁻¹⁹稳定度的芯片化原子钟。
因此，可以说此次北大和浙大团队成功研制的集成涡旋光量子纠缠芯片直接打开了量子技术应用的新大门，开启了量子技术的多维宇宙。如上所述，此项技术的突破价值远超出技术参数本身，它实质性地改写了量子技术的发展路径。具体来说：
1、维度革命：从二维量子比特到高维的跨越，使单光子系统可同时编码15种量子态，理论信道容量提升指数级。
2、融合创新：首次在单一芯片集成路径、偏振、模式、OAM四类自由度，为多自由度量子纠缠实验提供了标准平台。
3、工程突破：将量子光源系统从实验室精密光学平台压缩至芯片级，使量子设备首次具备大规模量产可能性。
正由于改写了量子技术的发展路径，帮助中国在全球量子维度的竞争中“遥遥领先”。同时在产业层面，该技术已衍生出三类产品路线：面向量子通信的OAM编码模块（2025年量产）、用于量子计算的纠缠光子源芯片（2026年样机）、以及量子传感专用芯片组（2024年底交付）。
作为对比，我们选择量量子技术前沿的维也纳大学和麻省理工进行主要进度上
而值得一提的是，该芯片已通过华为海思的工业级可靠性测试，在-40℃至85℃温度范围内保持性能波动小于5%，振动测试达到10Grms量级。相比谷歌2023年发布的超导量子芯片需要0.01K极低温环境，这种常温工作的光量子芯片展现出巨大的产业化优势。据德勤预测，这项技术将催生200亿美元规模的高维量子器件市场。因此，站在量子技术发展的关键转折点，这项来自中国的突破不仅填补了国际空白，更重要的是确立了光量子芯片作为未来量子技术主流载体的地位。当其他团队还在追逐量子比特数量时，中国科学家已经开辟了"量子维度"的新战场——这或许预示着，在即将到来的量子2.0时代，游戏规则正在被重新书写。
