美国加州理工学院研发出新型光子芯片,能测量更多光量子态

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  据报道,自无线电报和真空管问世以来,电子计算和通信已获得了长足进步,现今消费设备的处理能力和内存等级是几十年前无法想象的……

  

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  但伴随着计算和信息处理设备体积越来越小、功能越来越强大,它们正在遭遇量子物理定律强加的一些基本限制,该领域的未来发展前景可能与光子学密切相关,光子学是与电子学平行的光学基础概念,光子学在理论上与电子学相似,但使用光子代替电子,光子设备处理数据的速度可能比电子设备快很多,包括:量子计算机。

  目前,光子学领域的基础研究仍然非常活跃,但缺乏关键的设备进行实际应用,美国加州理工学院研发一种新型光子芯片可能代表该领域的一个重大突破,尤其是使光子量子信息处理器成为可能方面,它可以产生和测量光量子态,而该方法以前仅能采用笨重且昂贵的实验室设备才能实现。

  基于光子基本性质,不同种类的光子是以其能量、动量和偏振等特征加以区分的,而这些不同的特征所决定的光子状态叫光量子态。

  这种新型光子芯片是基于铌酸锂材料制成,铌酸锂在光学领域具有广泛用途,它在芯片一侧产生所谓的光压缩状态,并在另一侧进行测量。光压缩状态,简单地说就是在量子等级上降低“噪音”的光,据悉,直到近几年光压缩状态技术才被用于增强激光干涉引力波天文台 (LIGO) 的灵敏度勘测,LIGO 天文台是利用激光束探测引力波的探测设备,如果科学家使用基于光的量子设备处理数据,同样地低噪音光状态也是非常重要的。

  加州理工学院电子工程和应用物理学副教授阿尔雷扎・马兰迪 (Alireza Marandi) 说:“现在我们已实现了量子态质量超过量子信息处理的需求,而量子信息处理可用于处理大型实验装置的科研领域,我们的研究工作标志着集成光子电路产生和测量光量子态迈出了重要的一步。我们可以利用它突破很多传统非线性光学研究的局限,甚至打破很多传统假设。”

  同时,马兰迪指出,光子芯片技术显示了一条通向以太赫兹时钟速率运行量子光学处理器的最终发展方向,相比之下,它比苹果笔记本 MacBook Pro 的计算处理器快数千倍,该技术可能在未来 5 年内在通信、传感和量子计算方面投入实际应用。

  该研究报告合著作者、博士后学者拉杰维尔・奈尔拉 (Rajveer Nehra) 说:“光学一直是实现量子计算最有前景的途径之一,因为它在可扩展性和室温下超快逻辑操作方面具有一些固有优势,然而,可扩展性应用的主要挑战之一是纳米光子学中生成和测量充足的量子态,我们的目标就是如何解决这个挑战问题。”


标签: 光子芯片 量子 光子

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