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集成在光学电路中的单光子源问世 单光子量子计算有望成为现实

2016-04-08 15:13
林契于宸
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  荷兰的一个研究小组找到了一种能够完全集成在光学电路中进行光学量子计算的单光子源。该发现为单光子量子计算的出现铺平了道路。相关论文发表在最新一期的《纳米快报》杂志上。

  到目前为止,不少研究团队已经能用数个光子在小规模上进行光学量子计算,“线性光学量子计算”的可行性已获充分证明,但单光子量子计算仍然鲜有涉及。

  研究人员称,要打造一个高效的单光子量子计算系统,面临的最大挑战是将多个此前互不兼容的组件整合到一个平台上。这些组件包括一个单光子源(例如量子点)、路由设备(例如波导),以及用于操纵光子的腔体、过滤器,还有量子门装置和单光子探测器。在新的研究中,研究人员创造性地将能产生量子点的单光子嵌入一段纳米导线内并将其封装在一个波导当中。要实现这一点,需要有极高的精度,他们使用了一种名为“纳米机械手”的部件。一旦进入波导内,研究人员就能操纵单光子使其进入特定的光学电路。

  负责此项研究的荷兰代尔夫特理工大学的伊曼·艾斯迈尔·扎德说:“我们提出并实现了集成量子光学,它能兼顾高品质单光子源和硅基光学的优势,是一种混合解决方案。此外,与类似研究不同的是,该技术是完全确定的,即具备所选属性的量子源与量子电路是一体的。新方法有望成为未来可伸缩集成量子光学电路的基础部件。此外,该平台还为物理学家研究纳米尺度以及量子电动力学中光与物质的相互作用提供了一种新工具。”

  线性光学量子计算中最重要的性能指标是单光子源与光子信道之间的耦合效率。低效率代表光子的损失,会降低计算机的可靠性。目前试验装置已经能够达到24%的耦合效率,并且经过对波导设计和相关材料的优化,这一数据有望提升到92%。

  除了提高耦合效率,研究人员还计划在芯片上实现纠缠,以增加光子电路和单光子检测器的复杂性,最终在芯片上集成量子网络。

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