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新型光子芯片能測量更多光量子態(tài)

發(fā)布時(shí)間 :2022-09-20 瀏覽次數 : 3025


據報道,自無(wú)線(xiàn)電報和真空管問(wèn)世以來(lái),電子計算和通信已獲得了長(cháng)足進(jìn)步,現今消費設備的處理能力和內存等級是幾十年前無(wú)法想象的……


但伴隨著(zhù)計算和信息處理設備體積越來(lái)越小、功能越來(lái)越強大,它們正在遭遇量子物理定律強加的一些基本限制,該領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展前景可能與光子學(xué)密切相關(guān),光子學(xué)是與電子學(xué)平行的光學(xué)基礎概念,光子學(xué)在理論上與電子學(xué)相似,但使用光子代替電子,光子設備處理數據的速度可能比電子設備快很多,包括:量子計算機。

目前,光子學(xué)領(lǐng)域的基礎研究仍然非?;钴S,但缺乏關(guān)鍵的設備進(jìn)行實(shí)際應用,美國加州理工學(xué)院研發(fā)一種新型光子芯片可能代表該領(lǐng)域的一個(gè)重大突破,尤其是使光子量子信息處理器成為可能方面,它可以產(chǎn)生和測量光量子態(tài),而該方法以前僅能采用笨重且昂貴的實(shí)驗室設備才能實(shí)現。

基于光子基本性質(zhì),不同種類(lèi)的光子是以其能量、動(dòng)量和偏振等特征加以區分的,而這些不同的特征所決定的光子狀態(tài)叫光量子態(tài)。

這種新型光子芯片是基于鈮酸鋰材料制成,鈮酸鋰在光學(xué)領(lǐng)域具有廣泛用途,它在芯片一側產(chǎn)生所謂的光壓縮狀態(tài),并在另一側進(jìn)行測量。光壓縮狀態(tài),簡(jiǎn)單地說(shuō)就是在量子等級上降低“噪音”的光,據悉,直到近幾年光壓縮狀態(tài)技術(shù)才被用于增強激光干涉引力波天文臺(LIGO)的靈敏度勘測,LIGO天文臺是利用激光束探測引力波的探測設備,如果科學(xué)家使用基于光的量子設備處理數據,同樣地低噪音光狀態(tài)也是非常重要的。

加州理工學(xué)院電子工程和應用物理學(xué)副教授阿爾雷扎·馬蘭迪(Alireza Marandi)說(shuō):“現在我們已實(shí)現了量子態(tài)質(zhì)量超過(guò)量子信息處理的需求,而量子信息處理可用于處理大型實(shí)驗裝置的科研領(lǐng)域,我們的研究工作標志著(zhù)集成光子電路產(chǎn)生和測量光量子態(tài)邁出了重要的一步。我們可以利用它突破很多傳統非線(xiàn)性光學(xué)研究的局限,甚至打破很多傳統假設?!?

同時(shí),馬蘭迪指出,光子芯片技術(shù)顯示了一條通向以太赫茲時(shí)鐘速率運行量子光學(xué)處理器的最終發(fā)展方向,相比之下,它比蘋(píng)果筆記本MacBook Pro的計算處理器快數千倍,該技術(shù)可能在未來(lái)5年內在通信、傳感和量子計算方面投入實(shí)際應用。

該研究報告合著(zhù)作者、博士后學(xué)者拉杰維爾·奈爾拉(Rajveer Nehra)說(shuō):“光學(xué)一直是實(shí)現量子計算最有前景的途徑之一,因為它在可擴展性和室溫下超快邏輯操作方面具有一些固有優(yōu)勢,然而,可擴展性應用的主要挑戰之一是納米光子學(xué)中生成和測量充足的量子態(tài),我們的目標就是如何解決這個(gè)挑戰問(wèn)題?!?


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