Anonim

Ny chip baner vejen for optisk kvante teknologi i laptops og smartphones

Quantum Computing

Colin Jeffrey

16. marts 2016

2 billeder

Inddragelse af en række kvanteteknologier på en enkelt chip, hævder forskere, at deres arbejde baner vejen for at opbygge kvantecomputerkredsløb til en række dagligdags enheder (Kredit: Ultrafast Optical Processing Group, Institut National de la Recherche Scientifique)

I kvantefysik er indviklede fotoner hjørnestenen i meget avanceret teknologiforskning, herunder kvantkommunikation, databehandling og kryptering. Nu hævder et internationalt forskergruppe at have indarbejdet en række kvanteteknologier på en enkelt integreret chip, der er kompatibel med eksisterende fiber- og halvlederprogrammer, og kan snart give midler til at opbygge kvante kredsløb direkte til bærbare computere og mobiltelefoner.

Ved hjælp af en vifte af kvante elektroniske komponenter testet og dokumenteret i nyere forskning (herunder en type mikroring resonator og en version af en kvantefrekvens kam nødvendig for hyperentanglement og generering af multiphoton entangled quantum bit eller qubit states), holdet af forskere har opnået en ny rekord i kompleksiteten og mængden af ​​indviklede fotoner genereret på en enkelt chip.

"Dette repræsenterer et hidtil uset niveau af raffinement i at generere indviklede fotoner på en chip, « siger professor David Moss, direktør for Center for Mikrofotonics ved Swinburne University of Technology. "Ikke alene kan vi generere indviklede fotonpar over hundreder af kanaler samtidigt, men for første gang lykkedes det at generere fire-foton-entanglede stater på en chip. "

Generationen af ​​qubits (kvantekvivalenten af ​​klassisk databehandlingens databit) kan stole på adskillige forskellige tilgange, herunder elektronspinninger, atomniveauer og fotonkvantetilstande. Og i modsætning til konventionelle computere bruger kvantecomputere ikke binær datalagring (dem og nuller), hvor en smule kan være en af ​​to stater. I stedet bruger kvantecomputere det, der kaldes "superpositionering, " hvor dataene indeholdt i en qubit også kan være samtidigt både et eller nul og kan eksistere på alle mulige positioner samtidigt og i forskellige dimensioner.

For at opnå denne tilstand af superpositionerede, indviklede qubits bruger den nye integrerede chip for det første en laserpumpet mikroringresonator til at generere et stort antal indviklede fotoner, der derefter tilføres via et spektrumfilter til en optisk integreret Kerr-frekvenskamme ( det vil sige et system, hvor en enkelt lysfrekvens er lavet til at generere et par andre jævnt fordelte frekvenser som et resultat af brydningsindekset, Kerr-effekten af ​​resonatormaterialet ). Denne frekvens kam genererer derefter indviklede multi-foton qubit stater over flere hundrede frekvenser, som derefter er i stand til at blive transmitteret af optisk fiber.

Ifølge forskerne møder chipen adskillige kriterier for sin klare inkorporering i eksisterende teknologier som kvantinformationsbehandling, billeddannelse og mikroskopi. Dette siger de, fordi det er kompakt, billigt at gøre, skalerbart, kompatibelt med almindelige elektroniske komponenter, og det bruger standard telekommunikationsfrekvenser.

"Ved at opnå dette på en chip, der blev fremstillet med processer, der er kompatible med computerchipindustrien, har vi åbnet døren for muligheden for at bringe kraftfulde optiske kvantecomputere til daglig brug tættere end nogensinde før, « siger professor Morandotti fra Institut National de la Recherche Scientifique (INRS).

Den kombinerede indsats fra City University of Hong Kong, University of Sussex og Herriot Wat University i Storbritannien, Yale University, Xi'''Instituttet i Kina og INRS i Montreal, Canada, er denne banebrydende forskning den Resultatet af et årti af samarbejdsforskning om komplementære metaloxid-halvleder (CMOS) kompatible chips til ikke-lineær optik i klassisk og kvantfysik.

Resultaterne af denne forskning blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet Science.

Den korte video nedenfor viser nogle af de forskellige funktioner i den nye integrerede chip.

Kilde:

Swinburne University,

INRS-EMT

Inddragelse af en række kvanteteknologier på en enkelt chip, hævder forskere, at deres arbejde baner vejen for at opbygge kvantecomputerkredsløb til en række dagligdags enheder (Kredit: Ultrafast Optical Processing Group, Institut National de la Recherche Scientifique)

Det nye integrerede kredsløb udfører en række kvantefunktioner i det ene lille rum (Kredit: Ultrafast Optical Processing Group, Institut National de la Recherche Scientifique)

Anbefalet Redaktørens Valg