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量子光源完全“片上化”

Whoscored中文官网 | 编译自 The Business of Photonics


莱布尼茨大学、特温特大学和QuiX Quantum公司的开发人员说,这为量子云带来了可扩展性。


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用于产生纠缠光子的芯片,集成了量子光源的示意图。

整个量子光源集成在一个比一欧元硬币还小的芯片上。研究人员通过使用一种新颖的 "混合技术",将磷化铟制成的激光器和氮化硅制成的过滤器结合在一个芯片上,将光源的尺寸缩小了1000多倍。这种新光源高效而稳定,可以找到驱动量子计算机或量子互联网的应用。资料来源:Raktim Haldar/Michael Kues。


来自德国汉诺威莱布尼茨大学、荷兰特文特大学和初创公司QuiX Quantum的一个国际研究小组,开发了一个完全集成在芯片上的纠缠量子光源--他们说这是一个创举。他们的成就在《Nature Photonics》上有所描述。


汉诺威莱布尼兹大学光子学研究所所长、PhoenixD卓越集群董事会成员Michael Kues教授说:"我们的突破使我们能够将光源的尺寸缩小1000倍以上,从而实现可重复性、长时间的稳定性、规模化以及潜在的大规模生产。所有这些特性都是现实世界的应用所需要的,例如量子处理器"。


片上光子学已经成为处理光量子态的领先平台,因为它结构紧凑、坚固,并允许在单个芯片上容纳和安排许多元素。


在这样的器件中,光在芯片上通过极其紧凑的结构被引导,这些结构被用来构建光子量子计算系统。今天,这些已经可以通过云计算获得。可扩展地实施,它们可以解决传统计算机因计算能力有限而无法完成的任务。这种优越性被称为量子优势。


新颖的芯片设计


"到目前为止,量子光源需要外部的、非芯片的和笨重的激光系统,这限制了它们在该领域的使用。然而,我们通过新颖的芯片设计和利用不同的集成平台克服了这些挑战,"Kues的博士生Hatam Mahmudlu说。


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开发人员:Michael Kues教授、Hatam Mahmudlu博士和Raktim Haldar博士。


他们的新开发成果是一个电激发的、激光集成的光子量子光源,完全适合在一个芯片上,可以发射频率纠缠的量子比特状态。


"量子比特非常容易受到噪音的影响。芯片必须由激光场驱动,完全没有噪音,需要一个片上滤波器",Kues小组的Humboldt研究员Raktim Haldar博士说。"以前,在同一个芯片上集成激光器、过滤器和腔体是一个重大挑战,因为没有独特的材料可以有效地构建这些不同的组件。“


关键是混合技术,它将磷化铟制成的激光器、过滤器和氮化硅制成的腔体结合在一起,并将它们集成到一个芯片中。在芯片上,在一个自发的非线性过程中,两个光子从一个激光场中产生。


每个光子同时跨越一个颜色范围,这被称为 "叠加",两个光子的颜色是相关的,这意味着光子是纠缠的,可以存储量子信息。Kues说:"我们实现了应用于量子计算机或量子互联网所需的显著效率和状态品质。


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