新型光子芯片能測量更多光量子態(tài)

  ICC訊 據(jù)報道，自無線電報和真空管問世以來，電子計算和通信已獲得了長足進步，現(xiàn)今消費設備的處理能力和內(nèi)存等級是幾十年前無法想象的……

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

  目前，光子學領域的基礎研究仍然非常活躍，但缺乏關鍵的設備進行實際應用，美國加州理工學院研發(fā)一種新型光子芯片可能代表該領域的一個重大突破，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驗室設備才能實現(xiàn)。

  基于光子基本性質(zhì)，不同種類的光子是以其能量、動量和偏振等特征加以區(qū)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，鈮酸鋰在光學領域具有廣泛用途，它在芯片一側產(chǎn)生所謂的光壓縮狀態(tài)，并在另一側進行測量。光壓縮狀態(tài)，簡單地說就是在量子等級上降低“噪音”的光，據(jù)悉，直到近幾年光壓縮狀態(tài)技術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，如果科學家使用基于光的量子設備處理數(shù)據(jù)，同樣地低噪音光狀態(tài)也是非常重要的。

  加州理工學院電子工程和應用物理學副教授阿爾雷扎·馬蘭迪(Alireza Marandi)說：“現(xiàn)在我們已實現(xiàn)了量子態(tài)質(zhì)量超過量子信息處理的需求，而量子信息處理可用于處理大型實驗裝置的科研領域，我們的研究工作標志著集成光子電路產(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(tǒng)非線性光學研究的局限，甚至打破很多傳統(tǒng)假設。”

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

  該研究報告合著作者、博士后學者拉杰維爾·奈爾拉(Rajveer Nehra)說：“光學一直是實現(xiàn)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(zhàn)之一是納米光子學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挑戰(zhàn)問題。”