華人科學家將光子源效率提高了100倍,希望實現量子膝上型電腦

華人科學家將光子源效率提高了100倍,希望實現量子膝上型電腦

光子盒研究院出品

大多數專家都認為量子計算機將是一項顛覆性的技術,但前提是找到一個快速、高效的糾纏光子源,以此來進行資訊傳輸。

考慮到這一點,斯蒂文斯理工學院的研究人員製造出一種基於晶片的光子源,其效率是以前的100倍,從而使大規模量子裝置整合變得觸手可及。Gallagher物理學副教授、量子科學與工程中心主任Yuping Huang說:“我們是第一個在實踐中證明這一點的人。”

那麼,這個團隊是如何創造光子對的呢?

為了創造光子對,研究人員會將光捕獲在精心雕刻的奈米級微腔中;當光在空腔內迴圈時,其光子共振並分裂成糾纏對。但這樣的系統效率極低,需要一束包含數億個光子的入射光,才能讓單個糾纏的光子對勉強從另一端傳出。

而現在,研究人員已開發出一種新的基於晶片的光子源,其效率是以前任何裝置的100倍,可以從一束微瓦功率的鐳射束中每秒建立數千萬個糾纏光子對。

Huang在22日的《物理評論快報》發表了他的相關研究成果,並稱,“這對量子通訊來說是一個巨大的里程碑。”

Huang與斯蒂文斯的研究生Zhaohui Ma和Jiayang Chen合作,在實驗室先前的研究基礎上,將極高質量的微腔雕刻成鈮酸鋰晶體薄片。跑道形狀的空腔在內部反射光子,能量損失很小,使光能夠迴圈更長的時間並以更高的效率相互作用。

透過微調溫度等其他因素,該團隊能夠創造出前所未有的超亮糾纏光子對源。

華人科學家將光子源效率提高了100倍,希望實現量子膝上型電腦

器件設計與表徵

該團隊也在進一步完善這一工藝,試圖建立一個可以將單個入射光子轉化為一對糾纏的出射光子的系統,在此過程中幾乎不會浪費能量。Chen表明,“這絕對是可以實現的。目前我們只需要逐步地改進技術。同時,我們也在尋求使用其光子源來驅動邏輯閘和其他量子計算或通訊元件的方法。”

Huang對當前的技術現狀解釋說:“因為這項技術已經是基於晶片的,我們準備透過整合其他無源或有源光學元件來擴大規模。最終目標是使量子裝置高效、廉價地執行,從而可以整合到主流電子裝置中。我們正在努力實現這一目標,有朝一日,孩子們可以將量子膝上型電腦裝在揹包裡。”

Huang的研究成果向世人證明,不只是麻省理工學院、加州理工學院和滑鐵盧大學等知名大學會對量子資訊科學的發展產生影響,而一些規模較小、知名度不高的高校(比如斯蒂文斯理工學院)也將佔有一席之地。

關於Yuping Huang

華人科學家將光子源效率提高了100倍,希望實現量子膝上型電腦

Yuping Huang,2004年畢業於中國科學技術大學,2009年獲得密歇根州立大學博士,現為斯蒂文斯理工學院Gallagher物理學副教授、量子科學與工程中心主任,重點研發可大規模生產的、高度整合的、交鑰匙的和室溫量子器件。

論文連結:

https://journals。aps。org/prl/abstract/10。1103/PhysRevLett。125。263602

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1930年秋,第六屆索爾維會議在布魯塞爾召開。早有準備的愛因斯坦在會上向玻爾提出了他的著名的思想實驗——“光子盒”,公眾號名稱正源於此。

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