光子芯片突破打开了在现实世界条件下对量子计算的路径

抽象的未来派量子计算

量子计算平台加速从整体光学到集成光子学的转变在一个比一便士小的硅芯片上

量子计算预计到2030年,该市场将达到650亿美元,这是投资者和科学家的热门话题,因为它有可能解决难以理解的复杂问题。

药物发现是一个例子。为了了解药物相互作用,制药公司可能希望模拟两种分子的相互作用。挑战是每个分子由几百个原子组成,科学家必须在引入各自的分子时模拟这些原子可能阵列的所有方式。可能配置的数量是无限的 - 超过整个宇宙中的原子数。只有量子计算机可以代表,更少解决,这种膨胀,动态的数据问题。

量子计算的主流应用还需要几十年的时间,全球各地的大学和私营企业的研究团队都在研究该技术的不同方面。

三个硅微谐振器微弱谐振光学

该硅芯片包含三个光学微生物,其包络光子并产生微压,以有效地将光子从单一到多个波长转换。Yi的团队从单个微生物中验证了40个Qumodes,证明了量子模式的多路复用可以在集成的光子平台中工作。信誉:弗吉尼亚大学

徐毅助理电脑工程助理教授领导的研究小组在弗吉尼亚州工程和应用科学学院,在光子器件的物理和应用中雕刻了一个利基,其检测和塑造光方的范围用途包括通信和计算。他的研究小组创建了一个可扩展的量子计算平台,它大大减少了实现量子速度所需的设备数量,在光子芯片上一分钱的尺寸。

Olivier Pfister是韩国先进科学技术研究所助理教授的乌瓦和乌瓦·李议员的Quantum Optics和Quantum信息教授,为此取得了贡献。

自然通信最近发表了球队的实验结果,“芯片上的挤压量子微块”。两位彝族的团队成员,紫园阳,博士。学生在物理学中,曼达纳·贾瓦布兹省,一个博士学位。电气和计算机工程学生,是纸张的首先作者。来自国家科学基金会的Quantum Compance计划的工程量子综合平台的授予支持这项研究。

徐毅

徐毅助理电脑工程助理教授领导的研究小组在弗吉尼亚州工程和应用科学学院,在光子器件的物理和应用中雕刻了一个利基,其检测和塑造光方的范围用途包括通信和计算。信誉:弗吉尼亚大学

量子计算应有一种完全新的处理信息方式。您的桌面或笔记本电脑在长条纹中处理信息。一位只能容纳两个值中的一个:零或一个。量子计算机并行处理信息,这意味着在它们可以计算更多之前,它们不必等待一个要处理的信息序列。它们的信息单位称为QUBBit,一个混合动力车同时可以是一个和零。量子模式或Qumode跨越一个和零 - 小数点右侧的值之间的全谱。

研究人员正在研究不同的方法,以有效地产生达到量子速度所需的巨大Qumodes。

彝族的光子学的方法是有吸引力的,因为光领域也是全谱;光谱中的每个光波都有可能成为量子单元。易假设通过缠结光田,光线会达到量子状态。

您可能熟悉通过互联网提供信息的光纤。在每个光纤内,许多不同颜色的激光器并联使用,一种称为多路复用的现象。yi将复用概念带入量子领域。

是他的团队成功的关键UVA是使用光多路复用技术创建可扩展量子计算平台的先驱和领导者。2014年,Pfister的团队成功地在一个体光学系统中产生了3000多个量子模式。然而,使用这么多量子模式需要占用大量空间,以容纳数千个镜子、透镜和其他组件,这些组件需要运行算法和执行其他操作。

“该领域的未来是集成量子光学的,”Pfister说。“只有通过将量子光学实验从受保护的光学实验室转移到现场兼容的光子芯片将会善意量子技术能够看到光明的一天。我们非常幸运能够吸引UVA在徐毅等量子光子学中的世界专家,而且我对这些新结果对我们开放的观点非常兴奋。“

Yi的组在光学微管中创建了一个量子源,环形,毫米尺寸的结构,其包围光子并产生微压,该装置有效地将光子转换为单个波长的器件。光绕环循环以建立光功率。This power buildup enhances chances for photons to interact, which produces quantum entanglement between fields of light in the microcomb.Through multiplexing, Yi’s team verified the generation of 40 qumodes from a single microresonator on a chip, proving that multiplexing of quantum modes can work in integrated photonic platforms. This is just the number they are able to measure.

“我们估计,当我们优化系统时,我们可以从一个设备生成数千个Qumodes,”易说。

Yi的复用技术为真实世界的条件开辟了一条朝向量子计算的路径,错误是不可避免的。即使在古典计算机中也是如此。但量子状态比古典国家更脆弱。

补偿错误所需的Qubits数量可能超过一百万,设备数量增加。多路复用减少了两种或三个数量级所需的设备数量。

易建联的光子系统在量子计算的探索中提供了两个额外的优势。使用超导电子电路的量子计算平台需要冷却到低温。由于光子没有质量,带有光子集成芯片的量子计算机可以在室温下运行或休眠。此外,李利用标准的光刻技术在硅片上制作了微谐振器。这很重要,因为这意味着谐振腔或量子源可以批量生产。

“我们很自豪能够推动Quantum Computing的工程前沿,加速从散装光学到集成光子的过渡,”易说。“我们将继续探讨在基于光子的量子计算平台中集成设备和电路的方法,并优化其性能。”

信贷:“浮夸量子微块”由Zijiao Yang,Mandana Jahanbozorgi,Dongin Jeong,Shuman Sun,Olivier Pfister,Hansuek Lee和徐义,2021年8月6日自然通信
DOI:10.1038 / s41467-021-25054-z

是第一个评论光子芯片的突破为现实世界的量子计算开辟了一条道路

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