規(guī)模硅量子光子技術(shù) _知識經(jīng)驗

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盡管標(biāo)準(zhǔn)的量子硬件將粒子包裹在兩種狀態(tài)中，但研究小組已經(jīng)找到了一種方法，可以用15種狀態(tài)生成并纏繞每個粒子對。
這種集成光子芯片為量子光子學(xué)的復(fù)雜性和準(zhǔn)確性樹立了新的標(biāo)準(zhǔn) ，可以立即應(yīng)用于量子技術(shù) 。
集成量子光子學(xué)允許單個光學(xué)粒子的路由和控制具有固有的高穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，但迄今為止，它僅限于小規(guī)模演示，其中只有幾個組件集成在芯片上。
擴展這些量子電路對于提高現(xiàn)代量子信息處理技術(shù)的復(fù)雜性和計算能力非常重要，并為許多革命性的應(yīng)用開辟了可能性。
布里斯托大學(xué)QET實驗室的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊展示了第一個大規(guī)模集成量子光子電路，該電路集成了數(shù)百個必要的組件，可以產(chǎn)生、控制和分析高維糾纏。空前的準(zhǔn)確性。
量子芯片是利用可擴展的硅光子技術(shù)實現(xiàn)的，類似于今天的電子電路，將為制造光量子計算機的大量組件提供一種途徑。
這項工作是與北京大學(xué)、數(shù)據(jù)傳輸單位(DTU)、福托尼克科學(xué)研究所(ICFO)、馬克斯普朗克研究所、波蘭科學(xué)院理論物理中心和哥本哈根大學(xué)合作完成的，今天發(fā)表在《科學(xué)雜志》上。
由于大量子系統(tǒng)中相關(guān)粒子的復(fù)雜相互作用，大量子器件和復(fù)雜多維糾纏系統(tǒng)的相干精確控制一直是一項具有挑戰(zhàn)性的任務(wù) 。近年來，包括光子、超導(dǎo)體、離子、量子點和缺陷在內(nèi)的各種平臺在實現(xiàn)大規(guī)模量子器件方面取得了巨大進展。
特別是，光子學(xué)代表了一種有前途的方法，可以在光子的不同自由度上自然地編碼和處理多維量子態(tài) 。
在這項工作中，展示了一個可編程路徑編碼的多維糾纏系統(tǒng) 。它的尺寸高達(dá)1515 ，其中兩個光子同時存在于15個光路中，相互纏繞。
這種多維糾纏是通過使用集成在單個芯片中的硅光子量子電路來實現(xiàn)的，該電路具有550個光學(xué)元件，包括16個相同的光子對光源、93個光學(xué)移相器和122個分束器。
主要作者王建偉博士說：“今天硅光子技術(shù)的成熟，使我們能夠擴大技術(shù)規(guī)模，實現(xiàn)量子電路的大規(guī)模集成。
“這是硅上量子光子學(xué)中最美麗的東西。我們的量子芯片使我們能夠?qū)崿F(xiàn)前所未有的精度和多維度的糾纏控制水平，這是許多計算和通信的量子信息任務(wù)的關(guān)鍵因素。”
資深研究員、光通信硅光子中心()作者丁補充道：“新技術(shù)總是帶來新應(yīng)用。
“我們在DTU的硅光子集成技術(shù)的功能允許大規(guī)模和高度穩(wěn)定的量子信息處理芯片，這使我們能夠觀察到高質(zhì)量的多維量子關(guān)聯(lián)，包括廣義貝爾和面向EPR的違規(guī)，并且還實現(xiàn)了實驗上未開發(fā)的多維量子協(xié)議：多維隨機性擴展和狀態(tài)自檢。”
布里斯托爾QETLabs的主要學(xué)者安東尼萊恩博士和相應(yīng)的作者說：“糾纏是量子力學(xué)的一個迷人特征，我們還沒有完全理解。這種設(shè)備和未來幾代芯片的復(fù)雜性將日益增加，這將使我們能夠探索量子科學(xué)的這一領(lǐng)域，并創(chuàng)造新的發(fā)現(xiàn) 。”
【規(guī)模硅量子光子技術(shù)】布里斯托爾團隊的負(fù)責(zé)人馬克湯普森教授補充說：“我們使用了今天微電子工業(yè)中使用的相同制造工具和技術(shù)來實現(xiàn)我們的硅量子光子微芯片。然而，與利用電子經(jīng)典行為的傳統(tǒng)電子電路不同，我們的電路利用了單個光粒子的量子特性。這種用于量子技術(shù)的硅光子學(xué)方法為擴展到大規(guī)模量子計算應(yīng)用所需的數(shù)百萬個元素提供了一個清晰的途徑。”

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