整合在光學電路中的單光子源問世
- 發佈時間：2016-04-01 02:30:51 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報北京3月31日電 （記者王小龍）荷蘭的一個研究小組找到了一種能夠完全整合在光學電路中進行光學量子計算的單光子源。該發現為單光子量子計算的出現鋪平了道路。相關論文發表在最新一期的《奈米快報》雜誌上。
到目前為止，不少研究團隊已經能用數個光子在小規模上進行光學量子計算，“線性光學量子計算”的可行性已獲充分證明，但單光子量子計算仍然鮮有涉及。
研究人員稱，要打造一個高效的單光子量子計算系統，面臨的最大挑戰是將多個此前互不相容的組件整合到一個平臺上。這些組件包括一個單光子源(例如量子點)、路由設備（例如波導），以及用於操縱光子的腔體、過濾器，還有量子門裝置和單光子探測器。在新的研究中，研究人員創造性地將能産生量子點的單光子嵌入一段奈米導線內並將其封裝在一個波導當中。要實現這一點，需要有極高的精度，他們使用了一種名為“奈米機械手”的部件。一旦進入波導內，研究人員就能操縱單光子使其進入特定的光學電路。
負責此項研究的荷蘭代爾夫特理工大學的伊曼·艾斯邁爾·扎德説：“我們提出並實現了整合量子光學，它能兼顧高品質單光子源和硅基光學的優勢，是一種混合解決方案。此外，與類似研究不同的是，該技術是完全確定的，即具備所選屬性的量子源與量子電路是一體的。新方法有望成為未來可伸縮整合量子光學電路的基礎部件。此外，該平臺還為物理學家研究奈米尺度以及量子電動力學中光與物質的相互作用提供了一種新工具。”
線性光學量子計算中最重要的性能指標是單光子源與光子信道之間的耦合效率。低效率代表光子的損失，會降低電腦的可靠性。目前試驗裝置已經能夠達到24%的耦合效率，並且經過對波導設計和相關材料的優化，這一數據有望提升到92%。
除了提高耦合效率，研究人員還計劃在晶片上實現糾纏，以增加光子電路和單光子檢測器的複雜性，最終在晶片上整合量子網路。
總編輯圈點
對於相互之間完全沒交往的量子系統來説，光子是它們進行通信的最有前途的候選對象。儘管在研製出實打實的光學量子電腦之前，光子電路首先至少要在多任務效率上與其想要替代的傳統微處理器持平，但如今一個可以整合在光學電路中的單光子源的出現，依然標誌著在構建量子電腦所面臨的重重困難中，人類又向前邁進了一步。
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