硅量子光子学技术

硅量子光子学技术

集成量子光子学允许具有高稳定性和精确性的单个光粒子的路由和控制,但到目前为止,它仅限于小规模的演示,只有少量的组件集成在芯片上。因此,有必要扩大集成光子电路,增加现代量子信息处理技术的复杂性和计算能力,使许多革命性的应用成为可能。

由布里斯托尔量子工程技术大学的科学家领导的一个国际研究小组展示了第一个大规模的集成量子光子电路,它能够以前所未有的高精度和普遍性产生、控制和分析高维纠缠。量子芯片是使用可伸缩硅光子技术实现的,类似于今天的电子电路,它将提供一条路径来制造大量的组件来实现光学量子计算机。这项工作,与北京大学,技术大学合作。丹麦(DTU)、国际首席财务官–光子科学研究所,普朗克量子光学研究所(MPQ),波兰科学院(PAS)和哥本哈根大学,已发表在科学杂志上。

由于大系统中相关粒子的复杂相互作用,相干精确控制大的量子器件和复杂的多维纠缠系统一直是一项具有挑战性的任务。近年来,在包括光子、超导体和离子在内的各种平台上,大规模量子系统的研究取得了重大进展。特别是,光子允许一个系统在光子的不同自由度中自然地编码和处理多维量子比特状态。在这项工作中,一个可编程的双路径编码多维纠缠体系尺寸达15×15显示,每个光子的存在超过15的光路,同时和两光子互相纠缠着。这种多维纠缠系统扩大硅光子量子电路通过一个单一的550光学元件包括16个相同的双光子源集成芯片实现,93光学移相器,122分束器、其他光学元件之间的。

主要作者简伟望博士说:“今天硅光子技术的成熟使我们能够扩大这项技术并实现大规模的量子电路集成。”。这是硅上量子光子学最美妙的事情。因此,我们的量子芯片使我们第一次达到了控制多维纠缠的前所未有的高精度和普适性,这是计算和通信中许多量子信息任务中的一个关键因素。

研究人员Alexia Salavrakos和Antonio AcíICFO N说“分配和检测控制方式的量子关联是一个有利的步骤设计更加可靠和安全的量子通信技术”。

布里斯托尔小组的负责人马克·汤普森教授强调说:“硅的光子电路,与我们电子电路中使用的材料一样,允许处理单个粒子携带的信息。这种硅量子光子学技术使我们能够以惊人的速度放大量子设备和系统,在不久的将来,它将在一个芯片上集成数以万计的元素,从而保证大量的量子应用。”

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