美國加州理工學(xué)院研發(fā)出新型光子芯片，能測量更多光量子態(tài)

  ICC訊  據消息，自無(wú)線(xiàn)電報和真空管問(wèn)世以來(lái)，電子計算和通信已獲得了長(cháng)足進(jìn)步，現今消費設備的處理能力和內存等級是幾十年前無(wú)法想象的……

  但伴隨著(zhù)計算和信息處理設備體積越來(lái)越小、功能越來(lái)越強大，它們正在遭遇量子物理定律強加的一些基本限制，該領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展前景可能與光子學(xué)密切相關(guān)，光子學(xué)是與電子學(xué)平行的光學(xué)基礎概念，光子學(xué)在理論上與電子學(xué)相似，但使用光子代替電子，光子設備處理數據的速度可能比電子設備快很多，包括：量子計算機。

  目前，光子學(xué)領(lǐng)域的基礎研究仍然非?；钴S，但缺乏關(guān)鍵的設備進(jìn)行實(shí)際應用，美國加州理工學(xué)院研發(fā)一種新型光子芯片可能代表該領(lǐng)域的一個(gè)重大突破，尤其是使光子量子信息處理器成為可能方面，它可以產(chǎn)生和測量光量子態(tài)，而該方法以前僅能采用笨重且昂貴的實(shí)驗室設備才能實(shí)現。

  基于光子基本性質(zhì)，不同種類(lèi)的光子是以其能量、動(dòng)量和偏振等特征加以區分的，而這些不同的特征所決定的光子狀態(tài)叫光量子態(tài)。

  這種新型光子芯片是基于鈮酸鋰材料制成，鈮酸鋰在光學(xué)領(lǐng)域具有廣泛用途，它在芯片一側產(chǎn)生所謂的光壓縮狀態(tài)，并在另一側進(jìn)行測量。光壓縮狀態(tài)，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是在量子等級上降低“噪音”的光，據悉，直到近幾年光壓縮狀態(tài)技術(shù)才被用于增強激光干涉引力波天文臺 (LIGO) 的靈敏度勘測，LIGO 天文臺是利用激光束探測引力波的探測設備，如果科學(xué)家使用基于光的量子設備處理數據，同樣地低噪音光狀態(tài)也是非常重要的。

  加州理工學(xué)院電子工程和應用物理學(xué)副教授阿爾雷扎 馬蘭迪 (Alireza Marandi) 說(shuō)：“現在我們已實(shí)現了量子態(tài)質(zhì)量超過(guò)量子信息處理的需求，而量子信息處理可用于處理大型實(shí)驗裝置的科研領(lǐng)域，我們的研究工作標志著(zhù)集成光子電路產(chǎn)生和測量光量子態(tài)邁出了重要的一步。我們可以利用它突破很多傳統非線(xiàn)性光學(xué)研究的局限，甚至打破很多傳統假設?！?

  同時(shí)，馬蘭迪指出，光子芯片技術(shù)顯示了一條通向以太赫茲時(shí)鐘速率運行量子光學(xué)處理器的最終發(fā)展方向，相比之下，它比蘋(píng)果筆記本 MacBook Pro 的計算處理器快數千倍，該技術(shù)可能在未來(lái) 5 年內在通信、傳感和量子計算方面投入實(shí)際應用。

  該研究報告合著(zhù)作者、博士后學(xué)者拉杰維爾 奈爾拉 (Rajveer Nehra) 說(shuō)：“光學(xué)一直是實(shí)現量子計算最有前景的途徑之一，因為它在可擴展性和室溫下超快邏輯操作方面具有一些固有優(yōu)勢，然而，可擴展性應用的主要挑戰之一是納米光子學(xué)中生成和測量充足的量子態(tài)，我們的目標就是如何解決這個(gè)挑戰問(wèn)題?！?