量子計算機最新進(jìn)展：量子光學(xué)芯片電路

　　無(wú)論是應用在安全數據加密，海量數據的超高速計算或者所謂的高度復雜系統的量子模擬：光學(xué)量子計算機都是未來(lái)計算機技術(shù)的一個(gè)希望的源泉?，F在，據在《自然*光子學(xué)(Nature Photonics)》雜志上的報告，科學(xué)家們第一次成功地將一個(gè)完整的量子光學(xué)結構放在一個(gè)芯片上。這滿(mǎn)足了在光學(xué)量子計算機中使用光子電路的一個(gè)條件。

　　“迄今為止研究光量子技術(shù)應用的實(shí)驗還通常聲明是在整個(gè)實(shí)驗室空間內進(jìn)行，”卡爾斯魯厄理工學(xué)院的Ralph Krupke教授解釋說(shuō)。“然而，如果這項技術(shù)想要有意義地應用的話(huà)，它必須壓縮到一個(gè)最小的空間內。”這項研究的參與者分別來(lái)自德國、波蘭和俄羅斯，由來(lái)自明斯特大學(xué)(Westphalian Wilhelm University of Münster， WWU)的Wolfram Pernice教授和來(lái)自卡爾斯魯厄理工學(xué)院(KIT)的Ralph Krupke，Manfred Kappes和Carsten Rockstuhl領(lǐng)導。

　　科學(xué)家首次使用于量子光子電路的光源是由碳制成的特殊的碳納米管。它們的直徑比人的頭發(fā)絲要小100000倍，當其被激光激發(fā)的時(shí)候會(huì )發(fā)出單個(gè)光粒子。光粒子(光子)也被稱(chēng)為光量子。也因此有了“量子光學(xué)”這個(gè)名稱(chēng)。

　　碳納米管能夠發(fā)射單光子，使得它們成為光學(xué)量子計算機的有吸引力的超小型光源。“然而，要將這項激光技術(shù)置于一個(gè)可擴展的芯片上是一件不容易的事，”物理學(xué)家Wolfram Pernice承認。系統的可擴展性，即將元件小型化以便能增加其數量的可能性，是該技術(shù)應用于功能強大的計算機直至量子計算機的前提條件。

　　由于現在所開(kāi)發(fā)的芯片上的所有單元都是電觸發(fā)的，因此不再需要額外的激光系統，這是對通常的光激發(fā)機制的一個(gè)顯著(zhù)的簡(jiǎn)化。“開(kāi)發(fā)一個(gè)其上結合有單光子源，探測器，和波導的可擴展的芯片，是研究的一個(gè)重要步驟，”Ralph Krupke強調，他在卡爾斯魯厄理工學(xué)院納米技術(shù)研究所以及達姆施塔特技術(shù)大學(xué)(Darmstadt Technical University)材料科學(xué)研究所進(jìn)行了這項研究。“由于我們證明了單光子也可以由電激發(fā)碳納米管來(lái)產(chǎn)生，因此我們已經(jīng)克服了一個(gè)迄今為止阻礙了潛在應用的限制因素。”

　　關(guān)于這個(gè)理論：科學(xué)家研究了電荷流經(jīng)碳納米管是否會(huì )造成單個(gè)光量子的發(fā)射。為了這個(gè)目的，他們使用碳納米管來(lái)作為單光子源，用超導納米線(xiàn)作為探測器，還使用了納米光子學(xué)波導。一個(gè)單光子源和兩個(gè)探測器分別用一個(gè)波導連接起來(lái)。然后該結構用液氦進(jìn)行冷卻，從而使得我們能夠計算單個(gè)的光量子。該芯片由電子束光刻設備制作。

　　科學(xué)家的這項成果是基礎性的研究。目前還不清楚是否和何時(shí)會(huì )導致實(shí)際的應用。Wolfram Pernice和第一作者Svetlana Khasminskaya由德意志研究聯(lián)合會(huì )和亥姆霍茲學(xué)會(huì )資助，Ralph Krupke則由大眾基金會(huì )資助。