切换到宽版
  • 广告投放
  • 稿件投递
  • 繁體中文
  • 集成光子源是迈向大规模量子技术的重要一步

    作者:光行天下小萌新译 来源:物理学家组织网 时间:2020-05-21 13:32 阅读:247 [投稿]
    布里斯托大学的一个物理学家团队开发了第一个集成光子源,它具有提供大规模量子光子学的潜力。

    布里斯托大学的一个物理学家团队开发了第一个集成光子源,它具有提供大规模量子光子学的潜力。

    量子技术的发展有望对科学,工程和社会产生深远的影响。大规模的量子计算机将能够解决即使在目前功能最强大的超级计算机上也难以解决的问题,并具有许多革命性的应用,例如在新药和新材料的设计中。

    集成量子光子学是一种开发量子技术的有前途的平台,因为它具有在小型复杂光学电路中生成和控制光子(单个光粒子)的能力。利用成熟的CMOS硅产业制造集成设备,可以将具有数千根光纤和组件的电路集成到单个毫米级的芯片上。


    在本研究中使用的硅光子芯片可以产生和干扰高质量的光子。

    迫切需要使用集成光子技术来开发可扩展的量子技术。布里斯托大学是该领域的先驱,《自然通讯》上发表的新研究表明了这一点。

    主要作者Stefano Paesani博士解释说:

    “限制集成量子光子学规模的一个重要挑战是缺少能够产生高质量单光子的片上光源。如果没有低噪声光子源,当增加电路复杂度时,量子计算中的误差会迅速累积。从而导致计算不再可靠,而且源中的光损耗限制了量子计算机可以产生和处理的光子数量。

    “在这项工作中,我们找到了解决此问题的方法,并在此过程中开发了首个与大规模量子光子兼容的集成光子源。为实现高质量的光子,我们开发了一种新颖的技术-“联模自发四能“波混合”,即通过硅波导传播的多种光模式受到非线性干扰,为产生单个光子创造了理想条件。

    布里斯托尔量子工程技术实验室(QETLabs)的Anthony Laing教授团队的研究团队与意大利特伦托大学的同事一起,在先驱的Hong-Ou-Mandel实验(一栋建筑)中对将此类光源用于光子量子计算进行了基准测试。块的光量子信息处理,并获得了迄今为止观察到的最高质量的片上光子量子干涉(可见性96%)。 

    Paesani博士说:“迄今为止,该设备表现出了任何集成光子源的最佳性能:光谱纯度和99%或大于90%的光子预示效率的不可分辨性。”

    重要的是,硅光子器件是在商业铸造厂中通过CMOS兼容工艺制造的,这意味着成千上万的光源可以轻松集成到单个器件中。这项由工程和物理科学研究委员会(EPSRC)量子计算和仿真中心以及欧洲研究委员会(ERC)资助的研究,代表了大规模构建量子电路的重要一步,为多种应用铺平了道路。

    “我们已经解决了一组关键噪声,这些噪声以前限制了光子量子信息处理的规模。例如,数百个此类源的阵列可用于构建短期噪声的中尺度量子(NISQ)光子机,其中可以处理数十个光子来解决专门的任务,例如分子动力学模拟或与图论相关的某些优化问题。”

    现在,研究人员已经设计出了如何构建近乎完美的光子源的技术,在接下来的几个月中,Silicon平台的可扩展性将使它们能够在单个芯片上集成数十到数百个光子。开发如此大规模的电路将使NISQ光子量子机有可能解决当前超级计算机无法解决的与工业相关的问题。

    Paesani博士说:“此外,通过对光子源进行先进的优化和小型化,我们的技术可以在集成光子平台中实现容错量子操作,从而释放出量子计算机的全部潜力。”

    原文链接:https://phys.org/news/2020-05-photon-discovery-major-large-scale-quantum.html 

    分享到:
    扫一扫,关注光行天下的微信订阅号!
    【温馨提示】本频道长期接受投稿,内容可以是:
    1.行业新闻、市场分析。 2.新品新技术(最新研发出来的产品技术介绍,包括产品性能参数、作用、应用领域及图片); 3.解决方案/专业论文(针对问题及需求,提出一个解决问题的执行方案); 4.技术文章、白皮书,光学软件运用技术(光电行业内技术文档);
    如果想要将你的内容出现在这里,欢迎联系我们,投稿邮箱:service@opticsky.cn
    文章点评