《電子技術(shù)應(yīng)用》
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科學(xué)家成功開發(fā)量子電腦關(guān)鍵零組件

2015-08-01

  丹麥哥本哈根大學(xué)(University of Copenhagen)旗下的玻爾研究所(Niels Bohr Institute)最近在量子運(yùn)算領(lǐng)域取得了兩項關(guān)鍵成果:其中之一是一款類二極體(diode-like)零組件,能讓單顆光子僅在某個方向被發(fā)社會流動,端看其自旋是“往上”或“往下”;其二是一種光子延遲線(delay line)。這兩項新研究成果將使量子電腦又朝現(xiàn)實世界邁進(jìn)一步。

  玻爾研究所團(tuán)隊并立即取得了上述研究成果的專利;哥本哈根大學(xué)教授Peter Lodahl接受EE Times編輯訪問時表示:“我們的研究焦點是開發(fā)量子技術(shù)應(yīng)用的光子硬體,這可能會有很多種技術(shù)應(yīng)用,包括短期與長期性的;因為如此,我們必須為所開發(fā)的光子電路取得專利保護(hù),并考量原型裝置的商用潛力?!?/p>

  到目前為止,所有的量子編碼光子可能會沿著任一方向的波導(dǎo)行進(jìn),無論其自旋編碼如何;不過Lodahl與同校教授Soren Stobb,以及博士后研究助理Sahand Mahmoodian與Immo Sollner,設(shè)計了一種量子點單光子發(fā)射器,會沿著波導(dǎo)以單一方向發(fā)送上自旋(up-spin)單光子,并在反方向發(fā)射下自旋(down-spin)單光子,如此能打造出可根據(jù)其編碼來針對量子位元(quantum-bits,qubits)排序并分類的量子電腦元件。

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  主導(dǎo)量子光子研究團(tuán)隊的哥本哈根大學(xué)玻爾研究所教授Peter Lodahl與Soren Stobbe

  Lodahl表示:“在未來的量子電腦中,控制光與物質(zhì)之間互動的能力是一大關(guān)鍵,也就是我們研究案例中的光子與量子點。”他們還實現(xiàn)了一種速度差分(speed differential),能讓那些被編碼、沿著波導(dǎo)朝單一方向傳播的發(fā)射光子,與那些被編碼朝著相反方向傳播的光子之間有不同的傳播距離(propagation distances),因此實現(xiàn)一種光子用的延遲線類型零組件,就像今日其他有延遲線零組件的電子元件。

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  從新定向源發(fā)射的光子如果電子自旋向上就會往左(藍(lán)色),如果電子自旋向下則是往右(紅色)

  “透過我們的光子電路來回傳送光子時,會有不相等的傳播距離,是源自于取決于傳播方向的光子與發(fā)射器之互動;”Lodahl解釋:“我們對取決于傳播方向的差異互動之發(fā)現(xiàn),為控制光-物質(zhì)互動以催生構(gòu)成量子運(yùn)算技術(shù)基本硬體的創(chuàng)新光子晶片開啟了可能性?!?/p>

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  玻爾研究所量子光子學(xué)實驗室的實驗設(shè)置

  以雷射作為激發(fā)源──也可以使用電幫浦(electrical pumping)來完成──研究人員已經(jīng)能將其量子點材料運(yùn)用于制作單光子,并以上/下自旋來分類(就像二極體),并能沿著光子版的延遲線來傳播;這些研究成果將成為未來量子電腦的關(guān)鍵零組件。

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  玻爾研究所量子光子學(xué)實驗室團(tuán)隊的博士后研究員Sahand Mahmoodian與Immo Sollner


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