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        首次利用硅光子芯片制造芯片間量子隱形傳態(tài)

        可以基于量子物理學(xué)定律處理信息的技術(shù)的發(fā)展預(yù)計(jì)將對(duì)現(xiàn)代社會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

        例如,量子計(jì)算機(jī)可能是解決當(dāng)今最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)過于復(fù)雜的問題的關(guān)鍵,而量子互聯(lián)網(wǎng)最終可以保護(hù)世界信息免受惡意攻擊。

        首次利用硅光子芯片制造芯片間量子隱形傳態(tài)

        但是,這些技術(shù)都依賴于“ 量子信息 ”,該信息通常以極其難以控制和測(cè)量的單個(gè)量子粒子進(jìn)行編碼。

        布里斯托大學(xué)的科學(xué)家與丹麥技術(shù)大學(xué)(DTU)合作,成功開發(fā)了芯片級(jí)設(shè)備,該設(shè)備能夠通過在可編程納米級(jí)電路中產(chǎn)生和處理單個(gè)光粒子來利用量子物理學(xué)的應(yīng)用。

        這些芯片能夠?qū)﹄娐穬?nèi)部產(chǎn)生的光中的量子信息進(jìn)行編碼,并且能夠高效且極低地處理“量子信息” 。該演示可以大大提高生產(chǎn)量子計(jì)算和通信所需的更復(fù)雜的量子電路的能力。

        他們的工作發(fā)表在《自然物理學(xué)》雜志上,并在arXiv預(yù)印本服務(wù)器上以預(yù)印本免費(fèi)提供,其中包含了一系列量子演示。

        在一項(xiàng)突破性實(shí)驗(yàn)中,布里斯托大學(xué)量子工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)室(QET Labs)的研究人員首次展示了兩個(gè)可編程芯片之間信息的量子隱形傳態(tài),他們說這是量子通信和量子計(jì)算的基石。

        量子隱形傳態(tài)利用糾纏技術(shù)將量子粒子從一個(gè)地方轉(zhuǎn)移到另一個(gè)地方。隱形傳訊不僅對(duì)量子通信有用,而且是光學(xué)量子計(jì)算的基本構(gòu)建塊。然而,事實(shí)證明,在實(shí)驗(yàn)室中的兩個(gè)芯片之間建立糾纏的通信鏈接非常困難。

        布里斯托(Bristol)的合著者丹·里韋林(Dan Llewellyn)說:“我們能夠在實(shí)驗(yàn)室中的兩個(gè)芯片上演示高質(zhì)量的糾纏鏈接,其中兩個(gè)芯片上的光子共享一個(gè)量子態(tài)。

        “然后對(duì)每個(gè)芯片進(jìn)行完全編程,以進(jìn)行一系列利用糾纏的演示。

        “旗艦演示是一個(gè)兩芯片的隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn),其中在執(zhí)行量子測(cè)量后,粒子的單個(gè)量子態(tài)在兩個(gè)芯片之間傳輸。這種測(cè)量利用了量子物理學(xué)的奇怪行為,同時(shí)使纏結(jié)鏈接和碰撞消失了。將粒子狀態(tài)轉(zhuǎn)移到已經(jīng)在接收器芯片上的另一個(gè)粒子。”

        另一位合著者,同樣來自布里斯托爾的Imad Faruque博士補(bǔ)充說:“基于我們先前對(duì)片上高質(zhì)量單光子光源的研究結(jié)果,我們構(gòu)建了一個(gè)包含四個(gè)光源的更為復(fù)雜的電路。

        “所有這些源都經(jīng)過測(cè)試,發(fā)現(xiàn)幾乎相同,它們發(fā)射幾乎相同的光子,這是我們進(jìn)行的一系列實(shí)驗(yàn)(例如糾纏交換)的基本標(biāo)準(zhǔn)。”

        結(jié)果表明,極高保真度的量子隱形傳態(tài)達(dá)到了91%。此外,研究人員還能夠證明其設(shè)計(jì)的其他一些重要功能,例如糾纏交換(對(duì)于量子中繼器和量子網(wǎng)絡(luò)是必需的)和四光子GHZ狀態(tài)(在量子計(jì)算和量子互聯(lián)網(wǎng)中是必需的)。

        根據(jù)DTU的合著者丁云宏博士的說法,低損耗,高穩(wěn)定性和出色的可控性對(duì)于集成量子光子學(xué)極為重要。他說:“由于基于DTU高質(zhì)量制造的最新低損耗硅光子技術(shù),使得該實(shí)驗(yàn)成為可能。”

        主要作者,現(xiàn)任北京大學(xué)的王建偉博士說:“將來,量子光子器件和經(jīng)典電子控件的單硅芯片集成將為完全基于芯片的CMOS兼容量子通信和信息打開大門。處理網(wǎng)絡(luò)。”

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