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加州理工学院开发了一种新的光子芯片，能够产生和测量光的量子态，这在以前只能用笨重和昂贵的实验室设备才能实现。

资料来源：Natasha Mutch 和 Nicolle R. Fuller, Sayo Studio

自无线电报和真空管时代以来，电子计算和通信已经有了很大进步。事实上，现在的消费设备所包含的处理能力和内存水平，在几十年前是无法想象的。

但是，随着计算和信息处理的微型设备变得越来越小、越来越强大，它们正遇到量子物理定律所带来的一些基本限制。正因为如此，该领域的未来可能在光子学-- 与电子学平行的基于光的技术。光子学在理论上与电子学相似，但用光子代替了电子。它们有一个巨大的潜在优势，即光子器件能够比其电子同行更快地处理数据，包括用于量子计算机。

目前，该领域的基础研究仍然非常活跃，但缺乏成为实用的关键器件。然而，加州理工学院开发的一种新的光子芯片可能代表了该领域的一个关键突破，特别是在实现光子量子信息处理器的方面。它可以生成和测量光的量子态，而这在以前只能通过笨重和昂贵的实验室设备来实现。

Alireza Marandi, 资料来源：加州理工学院

铌酸锂是一种盐类，其晶体在光学领域有许多应用，被用作为芯片的基础。芯片的一侧产生所谓的光的挤压状态，并在另一侧对其进行测量。简而言之，光的挤压状态是指在量子水平上被降低了 "噪音 "的光。光的挤压态最近被用来提高LIGO的灵敏度，该天文台使用激光束来探测引力波。如果你要用基于光的量子器件来处理数据，光的低噪音状态也很重要。

加州理工学院电气工程和应用物理学的助理教授Alireza Marandi说："我们实现的量子态的质量超过了量子信息处理的要求，而这曾经是庞大的实验装置的领地。我们的工作标志着在集成光子电路中生成和测量光的量子状态的重要一步"。

据Marandi说，这项技术为最终开发以太赫兹时钟速率运行的量子光学处理器指明了道路。作为比较，这比MacBook Pro中的微电子处理器快数千倍。

Marandi说，这项技术有可能在未来五年内找到通信、传感和量子计算的实际用途。

该论文的主要作者之一、博士后学者Rajveer Nehra说："光学一直是实现量子计算机的有希望的路线之一，因为它在可扩展性和室温下的超快逻辑运算方面有几个固有的优势。然而，可扩展性的主要挑战之一是在纳米光子学中生成和测量具有足够质量的量子态。我们的工作解决了这一挑战。"

描述这项研究的论文发表在9月15日的《科学》杂志上。共同作者包括Nehra和Qiushi Guo，他们都是电气工程的博士后学者研究助理；以及电气工程研究生Ryoto Sekine（2022年硕士）、Luis Ledezma、Robert M. Gray和Arkadev Roy。

这项研究的资金由NTT研究公司、陆军研究办公室、国家科学基金会、空军科学研究办公室和美国国家航空航天局提供。

参考资料: "Few-cycle Vacuum Squeezing in Nanophotonics", by Rajveer Nehra, Ryoto Sekine, Luis Ledezma, Qiushi Guo, Robert M. Gray, Arkadev Roy and Alireza Marandi, 15 September 2022, Science, DOI: 10.1126/science.abo6213