揭示缺失的“光子鏈接” 量子技術(shù)發(fā)展取得關(guān)鍵突破

利用硅開發(fā)量子技術(shù)為快速擴(kuò)展量子計(jì)算提供了機(jī)會(huì)。加拿大西蒙弗雷澤大學(xué)(SFU)的研究人員在量子技術(shù)發(fā)展方面取得了關(guān)鍵突破。發(fā)表在13日《自然》雜志上的一項(xiàng)研究，描述了他們對超過15萬個(gè)硅“T中心”光子自旋量子比特的觀察，這是一個(gè)重要的里程碑，使構(gòu)建大規(guī)模可擴(kuò)展量子計(jì)算機(jī)和純硅量子互聯(lián)網(wǎng)成為可能。

量子計(jì)算機(jī)具有強(qiáng)大的計(jì)算能力，在解決一些復(fù)雜問題方面具有巨大的潛力，有望為化學(xué)、材料科學(xué)、醫(yī)學(xué)和網(wǎng)絡(luò)安全等許多領(lǐng)域帶來新進(jìn)展。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，必須制造出穩(wěn)定、長壽命的量子比特來提供處理能力，以及使這些量子比特大規(guī)模關(guān)聯(lián)在一起的通信技術(shù)。

過去的研究表明，硅可以產(chǎn)生部分最穩(wěn)定和最長壽命的量子比特。現(xiàn)在，新研究為之提供了原理證據(jù)，證明了T中心——硅中一種特殊的發(fā)光缺陷可以在量子比特之間提供一種“光子鏈接”。

這項(xiàng)研究來自SFU物理系的硅量子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室由加拿大硅量子技術(shù)研究主席斯蒂芬妮·西蒙斯和榮譽(yù)退休教授邁克爾·特瓦爾特共同領(lǐng)導(dǎo)。

“這項(xiàng)工作是第一次單獨(dú)測量單個(gè)T中心，實(shí)際上，也是第一次僅用光學(xué)方法來測量硅中的單個(gè)自旋。”西蒙斯說，像T中心這樣的發(fā)射元結(jié)合了高性能自旋量子比特和光學(xué)光子產(chǎn)生，是制造可擴(kuò)展、分布式量子計(jì)算機(jī)的理想選擇，因?yàn)樗鼈兛梢酝瑫r(shí)處理運(yùn)算和通信，而不需要連接兩種分別用于運(yùn)算和通信的不同的量子技術(shù)。

此外，T中心具有發(fā)射與當(dāng)今城域網(wǎng)光纖通信和電信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相同波長的光的優(yōu)勢。

“有了T中心，就可以建造與其他處理器進(jìn)行內(nèi)在通信的量子處理器。”西蒙斯說，當(dāng)硅量子比特可以通過在數(shù)據(jù)中心和光纖網(wǎng)絡(luò)中使用的同一波段發(fā)射光子(光)進(jìn)行通信時(shí)，我們就可以獲得連接量子計(jì)算所需的數(shù)百萬個(gè)量子比特的優(yōu)勢。

(張佳欣)