麻省理工实现为“量子计算”生成高质量单光子

日前，麻省理工学院的研究人员设计出一种方法，能在室温下产生更多携带量子信息的单光子，这种设计为实用量子计算机的发展带来了希望。量子发射器产生的光子可以一次检测一个，量子计算机能利用这些光子的某些特性作为量子比特(“量子位”)来执行计算。传统计算机处理和存储信息的比特是0或1，量子位元可以同时是0和1。这意味着量子计算机有可能解决经典计算机无法解决的问题。然而，关键的挑战是产生具有相同量子特性的单个光子——被称为“不可分辨”光子。为了改善这种难以分辨的特性，发射器将光通过一个光学腔汇聚起来，光子在这个光学腔中来回反射，这一过程有助于将光子的特性与腔匹配起来。一般来说，光子在腔内停留的时间越长，它们就越匹配。但也有一个权衡，在大的空腔中，量子发射器自发地产生光子，导致只有一小部分光子停留在空腔中，使得这个过程效率低下。

较小空腔可提取更多光子，但光子的质量较差，或者“可分辨”。在2019年5月14日发表在《物理评论快报》上的一篇研究论文中，研究人员将一个洞分成两个，每个洞都有一个指定的任务。一个更小的腔处理光子的有效提取，而一个附着的大腔存储光子时间更长，以提高其不可分辨性。与单腔相比，研究人员耦合腔产生的光子具有95%左右的不可分辨性，相比之下，80%的不可分辨性，效率大约是单腔的三倍。麻省理工学院电子研究实验室(RLE)的研究生，第一作者Hyeongrak“Chuck”Choi说：简而言之，两个总比一个好。