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量子计算机最新进展:量子光学芯片电路

导读: 无论是应用在安全数据加密,海量数据的超高速计算或者所谓的高度复杂系统的量子模拟:光学量子计算机都是未来计算机技术的一个希望的源泉。

  OFweek电子工程网讯:无论是应用在安全数据加密,海量数据的超高速计算或者所谓的高度复杂系统的量子模拟:光学量子计算机都是未来计算机技术的一个希望的源泉。现在,据在《自然*光子学(Nature Photonics)》杂志上的报告,科学家们第一次成功地将一个完整的量子光学结构放在一个芯片上。这满足了在光学量子计算机中使用光子电路的一个条件。

  “迄今为止研究光量子技术应用的实验还通常声明是在整个实验室空间内进行,”卡尔斯鲁厄理工学院的Ralph Krupke教授解释说。“然而,如果这项技术想要有意义地应用的话,它必须压缩到一个最小的空间内。”这项研究的参与者分别来自德国、波兰和俄罗斯,由来自明斯特大学(Westphalian Wilhelm University of Münster, WWU)的Wolfram Pernice教授和来自卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的Ralph Krupke,Manfred Kappes和Carsten Rockstuhl领导。

  科学家首次使用于量子光子电路的光源是由碳制成的特殊的碳纳米管。它们的直径比人的头发丝要小100000倍,当其被激光激发的时候会发出单个光粒子。光粒子(光子)也被称为光量子。也因此有了“量子光学”这个名称。

  碳纳米管能够发射单光子,使得它们成为光学量子计算机的有吸引力的超小型光源。“然而,要将这项激光技术置于一个可扩展的芯片上是一件不容易的事,”物理学家Wolfram Pernice承认。系统的可扩展性,即将元件小型化以便能增加其数量的可能性,是该技术应用于功能强大的计算机直至量子计算机的前提条件。

  由于现在所开发的芯片上的所有单元都是电触发的,因此不再需要额外的激光系统,这是对通常的光激发机制的一个显著的简化。“开发一个其上结合有单光子源,探测器,和波导的可扩展的芯片,是研究的一个重要步骤,”Ralph Krupke强调,他在卡尔斯鲁厄理工学院纳米技术研究所以及达姆施塔特技术大学(Darmstadt Technical University)材料科学研究所进行了这项研究。“由于我们证明了单光子也可以由电激发碳纳米管来产生,因此我们已经克服了一个迄今为止阻碍了潜在应用的限制因素。”

  关于这个理论:科学家研究了电荷流经碳纳米管是否会造成单个光量子的发射。为了这个目的,他们使用碳纳米管来作为单光子源,用超导纳米线作为探测器,还使用了纳米光子学波导。一个单光子源和两个探测器分别用一个波导连接起来。然后该结构用液氦进行冷却,从而使得我们能够计算单个的光量子。该芯片由电子束光刻设备制作。

  科学家的这项成果是基础性的研究。目前还不清楚是否和何时会导致实际的应用。Wolfram Pernice和第一作者Svetlana Khasminskaya由德意志研究联合会和亥姆霍兹学会资助,Ralph Krupke则由大众基金会资助。

责任编辑:Alvin
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