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【原】推動量子光子學發展,離量子計算機的實現又將更進一步!

來源:用戶 博科園 收藏 編輯:張曉華

量子計算機使用量子力學的基本原理,來潛在地加快解決復雜計算的過程。假設你需要執行在電話簿中搜索特定號碼的任務,經典計算機將搜索電話簿的每一行,直到找到匹配為止。量子計算機可以通過同時評估每一條線路同時搜索整個電話簿,并以更快的速度返回結果。速度上的差異是由于計算機處理信息的基本單元,在經典計算機中,基本單位稱為位,表示0或1的電脈沖或光脈沖。量子計算機的基本單位是量子位,它可以同時表示0和1的許多值組合。

正是這種特性使得量子計算機可以加快計算速度,量子比特的缺點是它們存在于脆弱的量子態中,容易受到環境噪聲的影響,例如溫度的變化。因此,在受控環境中生成和管理量子位對研究人員提出了重大挑戰。加州大學圣巴巴拉分校的工程師Galan Moody是電氣和計算機工程學助理教授,他提出了一種解決方案,以克服現有量子計算原型使用光編碼和處理信息的低效率和性能。光學系統之所以具有吸引力,是因為它們在相同物理框架中自然地將量子計算和網絡連接起來。

然而,現有技術仍然需要芯片外的光學操作,這大大降低了效率、性能和可擴展性。在他的項目“用于全芯片的異構III-V/硅光子學:線性光學量子計算”中,Moody的目標是創建一個光學量子計算平臺,其中所有基本組件都集成到一個單一的半導體芯片上。集成電子電路推動了經典計算領域的革命性進步,目標是創造出對量子計算具有同樣影響的集成光子電路。Moody今年秋天加入了UCSB工程學院,此前他在國家標準與技術研究所擔任博士后研究員和研究科學家六年。

這可能促使效率和處理速度的顯著提高,并使使用光處理和傳輸信息的全新方法成為可能。研究項目現在得到了美國空軍的大力支持。Moody是美國空軍科學研究辦公室2019年青年調查員獎入選的40名早期職業科學家之一。獲獎者將在三年內獲得45萬美元,以支持他們的研究工作。該項目旨在促進年輕科學家的研究,支持空軍控制和最大限度地利用空氣、空間和網絡空間的任務,以及科學和工程方面的相關挑戰。為了開發一個全電的、全芯片的量子光子平臺,Moody建議整合為不同平臺和應用開發的三項技術。

這些部件是電驅動的量子點單光子源,用于光學操作的硅基光子學,以及超導納米線單光子探測器。使用物理模型來指導設備的設計和制造,量子光譜學將讓我們洞察材料特性和噪聲源,芯片上的光學干涉儀將使我們能夠進行測量,從而提高材料純度,監控光源并執行計算。最終希望更好地理解和利用量子力學可以為計算和網絡提供的任何優勢。這項新技術還可能在量子光源等領域產生變革性影響,用于安全通信,以及減少激光和LED等經典光子器件的尺寸、重量和功耗。

博科園|研究/來自:加利福尼亞大學圣塔芭芭拉分校

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