日本东京大学光学体系研讨科物理工学专业教授古泽明领导的研讨小组宣告,成功将在选用光的“量子隐形传态(Quantum teleportation)”中起重要作用的光学回路集成到了硅芯片上。可以说这向完成量子门办法的量子计算机迈出了一大步。
量子隐形传态是运用量子羁绊状况遥传多种量子态中的一种状况的办法。由于看上去像量子态瞬间移动,因而被叫做隐形传态。
古泽的研讨小组正在研讨将这种量子隐形传态应用于量子计算机的根本元件。详细是将量子隐形传态的原理用刁难恣意量子态进行运算操作的机理,而非遥传量子态的机理。这种机理被叫做“量子门隐形传态”或“量子运算放大器”。
曾经,古泽的研讨小组选用激光、透镜及反射镜等500多个光学元件构成了量子隐形传态光学回路。该光学回路占地面积到达约4.2m×约1.5m(约6.3m2)。
此次,研讨小组将这个大约6.3m2的光学回路中用于生成和检测量子羁绊的搅扰仪部分(约1m2)集成到了26mm×4mm的硅芯片上。是选用NTT的 PLC(planar lightwave circuit)技能进行集成的。基板为硅基板,光波导由SiO2构成。激光选用的是硅受光器能以高灵敏度捕获的波长为860nm的光。
古泽指出“本来的搅扰仪选用了挨近100个光学元件”。集成今后,变成了仅由4~5个马赫-曾德尔(MZ)搅扰仪构成的IC。集成前的搅扰仪之所以选用挨近100个光学元件,是由于向期望的方向曲折激光及奇妙改动光程等光操作需求许多反射镜。在PLC技能中,曲折光是经过曲折光波导来完成的,因而不需求反射镜等,结构变得十分简略。
选用PLC的MZ搅扰仪并不是新技能。该技能已被长距离通讯运用的光开关等范畴选用。乃至还有在芯片上集成数千个MZ搅扰仪的状况。所以说此次具有划时代的含义,是由于本来量子羁绊生成和检测只能运用由光学元件构成的体系来完成,而现在即便将相关功用集成到IC中也可完成。“不测验不知道激光的相干性等经过PLC的波导及MZ搅扰仪今后能否保存”(古泽)。
曩昔,其他研讨小组也几回测验过集成。但都不是很成功。“这次选用可谓全球最高水平的NTT的PLC技能,初次观测到了量子羁绊”(古泽)。
将成为量子门办法量子计算机的有力技能
此次IC化的成功有可能使将光作为量子位运用的量子门办法的量子计算机比选用其他物理量子位的体系更早完成。
业界早就发现,光作为量子计算机的量子位比其他物理元件安稳得多。“其他物理元件的能量十分小,与环境温度的距离不大,因而十分简单受环境噪声影响。因而,需求在极低温下冷却。而光能比环境温度高许多,在室温下也根本不受环境噪声影响”(古泽)。
仅有的也是最大的缺陷便是光学回路难以集成。此次证明光学回路可以集成到%&&&&&%中,这为完成量子计算机扫除了一大妨碍。
剩余的课题便是经过下降光损耗来进步作为量子位的质量。实际上,现在观测到的量子羁绊状况离抱负状况还很悠远。由于“光子跟着光纤中的损耗及光纤与芯片间的耦合损耗而丢掉,最终只剩余50%左右”(古泽)。估量经过尽可能将光纤部分换成PLC的光波导等,有望大幅改进。古泽指出“假如能将(整个量子运算放大器)的损耗降至50%以下,从原理上讲,量子纠错技能就能完成,就能运转量子计算机”。