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  • 我国光量子芯片技术从跟跑转向并跑

    作者:金凤 来源:科技日报 时间:2019-09-11 13:34 阅读:378 [投稿]
    上海交通大学物理与天文学院教授金贤敏正用光量子芯片,试探量子计算的边界。

    摩尔定律提出后的半个多世纪,日趋走向瓶颈的集成技术加上更高算力的巨大需求,一再将它推向终结。

    “电子芯片的集成度已经到几个纳米级了,如果再到原子级就走到极限了,到那时,线路间的电子会互相干涉而不能正常工作,甚至散热都将面临极大挑战,但人类的计算能力不能停止。”上海交通大学物理与天文学院教授金贤敏正用光量子芯片,试探量子计算的边界。

    近年来,他针对量子信息技术的特点进一步发展了飞秒激光直写技术,制备出世界最大规模的三维集成光量子芯片,并演示了首个真正空间二维的随机行走量子计算。同时,他在此芯片中构建了大规模六方粘合树,并通过这种高可扩展性结构演示了量子快速到达算法内核,相比经典情形最优效率提高10倍。


    光量子芯片(配图来自网络)

    芯片化、集成化成量子信息技术热点

    闪烁的激光不断将光束投射在一张透明基片上,很快,一个刻有4800个光子回路的波导阵列,以肉眼看不到的精度成型。不久的将来,这种光量子芯片将载着一个或多个光子,在数万个波导中“奔跑”,去证明量子计算的潜力和能量。

    在上海交通大学光子集成与量子信息实验室,金贤敏正带着学生制备量子光学集成芯片。

    两年来,他在南京大学陆延青教授领衔的国家重点研发计划“人工微结构中的量子、类量子效应及功能集成光子芯片”项目中,承担光量子芯片等领域的研究。

    金贤敏介绍,光量子芯片的研究从2008年左右在全球兴起。目前,芯片化、集成化已经成为量子信息技术迈向实用化的研究热点和战略方向,牛津大学、布里斯托大学、罗马大学、麻省理工学院等名校已经开始在光量子芯片和量子计算等领域发力。

    不过,2014年金贤敏回国时,国内的相关研究刚起步。金贤敏整整想了一年多,最终确定基于飞秒激光直写的三维集成光量子芯片的研发,来解决量子系统的物理可扩展性瓶颈;同时,拓展由空到海的量子通信和量子探测的探索,发展可在室温下运行的宽带量子存储技术。

    不发表论文,沉寂4年攻克关键技术

    目前,国际上有关光量子芯片的制备工艺涉及飞秒激光直写、离子交换、UV激光直写以及硅基工艺等加工方式。

    “此前的飞秒激光直写技术主要集中在构建二维光子线路上,但对于大算力的光量子芯片来说,三维集成的优势更明显,这可以让芯片中的量子系统复杂度更高、维度更大、节点更多,从而提高量子计算的算力。”金贤敏表示,从2014年起,他开始带领团队用飞秒激光直写技术攻克三维集成技术。

    所谓飞秒激光直写,是在几百飞秒时间内,将一个脉冲的能量释放在芯片基底的每个焦点附近,通过移动激光,在芯片中“写”出光子线路。“因为激光脉冲非常短,直写时能量在几百飞秒时间内被吸收,所以热量还没有来得及散发就以改变材料属性的方式固化下来,我们就可以很平滑地改变芯片内部的性质,形成高品质的光子线路。”金贤敏说。

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