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    集成在光學電路中的單光子源問世 單光子量子計算有望借此成為現實
    發布日期:2016-08-04

    文章來源:科技日報 王小龍

      荷蘭的一個研究小組找到了一種能夠完全集成在光學電路中進行光學量子計算的單光子源。該發現為單光子量子計算的出現鋪平了道路。相關論文發表在最新一期的《納米快報》雜志上。

      到目前為止,不少研究團隊已經能用數個光子在小規模上進行光學量子計算,“線性光學量子計算”的可行性已獲充分證明,但單光子量子計算仍然鮮有涉及。

      研究人員稱,要打造一個高效的單光子量子計算系統,面臨的最大挑戰是將多個此前互不兼容的組件整合到一個平臺上。這些組件包括一個單光子源(例如量子點)、路由設備(例如波導),以及用于操縱光子的腔體、過濾器,還有量子門裝置和單光子探測器。在新的研究中,研究人員創造性地將能產生量子點的單光子嵌入一段納米導線內并將其封裝在一個波導當中。要實現這一點,需要有極高的精度,他們使用了一種名為“納米機械手”的部件。一旦進入波導內,研究人員就能操縱單光子使其進入特定的光學電路。

      負責此項研究的荷蘭代爾夫特理工大學的伊曼·艾斯邁爾·扎德說:“我們提出并實現了集成量子光學,它能兼顧高品質單光子源和硅基光學的優勢,是一種混合解決方案。此外,與類似研究不同的是,該技術是完全確定的,即具備所選屬性的量子源與量子電路是一體的。新方法有望成為未來可伸縮集成量子光學電路的基礎部件。此外,該平臺還為物理學家研究納米尺度以及量子電動力學中光與物質的相互作用提供了一種新工具。”

      線性光學量子計算中最重要的性能指標是單光子源與光子信道之間的耦合效率。低效率代表光子的損失,會降低計算機的可靠性。目前試驗裝置已經能夠達到24%的耦合效率,并且經過對波導設計和相關材料的優化,這一數據有望提升到92%。

      除了提高耦合效率,研究人員還計劃在芯片上實現糾纏,以增加光子電路和單光子檢測器的復雜性,最終在芯片上集成量子網絡。

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