新型光子晶元助於實現更穩定的量子計算機

上圖所示為，該項目的研究員。圖片來源：皇家墨爾本理工學院。

科學家已經開發了一種用於處理拓撲量子信息的新型光子晶元，這種晶元為今後更多的穩定的量子計算機研發提供技術選擇。

由皇家墨爾本理工學院大學的Alberto Peruzzo博士領導的研究小組首次證明，量子信息可以與晶元上的拓撲電路以一定距離進行編碼、處理和傳輸。這項研究發表在《科學進展Science Advances》雜誌上。

這一突破將有助於新材料以及新一代計算機的發展以及有助於對基礎科學的更深的理解。

研究人員與來自米蘭理工大學和蘇黎世聯邦理工學院的科學家合作，利用拓撲光子學（一個快速增長的領域，旨在研究新光學背景下物質的拓撲相位的物理學）利用「分束器」製造出一種具有高精度光子量子門的晶元。

「我們預期新的晶元設計將為研究拓撲材料中的量子效應開闢新途徑，並為集成光子學技術中的拓撲穩健的量子處理領域開闢新的領域，」 Peruzzo說，他是量子計算和通信技術卓越中心（CQC2T）的首席研究員，還是和皇家墨爾本理工學院量子光子學實驗室主任。

「拓撲光子學具有不需要強磁場的特點，並且具有固有的高相干性、室溫操作和易於操作的特點，」Peruzzo說。

「這些是量子計算機規模化的基本要求。」

該小組複製了著名的Hong-Ou-Mandel (HOM)實驗，該實驗採用兩個光子，即光的終極成分，並根據量子力學定律對其進行干涉，該小組首次能夠利用光子晶元來證明拓撲狀態可以實現高保真量子干涉。

HOM干涉實驗是光量子計算的核心，它對誤差非常敏感。拓撲保護狀態可以增加量子通信的魯棒性，減少量子技術中普遍存在的雜訊和缺陷。這對於光量子信息處理特別有吸引力。

「以前的研究集中在使用經典激光的拓撲光子學上，它表現為一種經典波。在這裡，我們使用單光子，它根據量子力學來表現。」皇家墨爾本理工學院的博士生Jean Luc Tambasco博士說。

演示高保真量子干涉是使用單光子進行量子通信傳輸精確數據的先兆，而單光子是全球量子網路的重要組成部分。

「這項工作交叉了量子技術和拓撲絕緣體的兩個蓬勃發展的領域，可以導致新材料、新一代計算機和基礎科學的發展，」 Peruzzo說。

這項研究是量子計算和通信技術卓越中心光子量子處理器項目的一部分，該卓越中心正在開發利用光學和硅處理器的並行方法，以嘗試開發第一個量子計算系統。

量子計算和通信技術卓越中心的澳大利亞研究人員在量子信息領域確立了全球領先地位。開發出獨特的技術，在單個原子和光子水平上操縱物質和光，研究小組已經展示了固態中保真度最高、相干時間最長的量子位；固態中最長壽的量子存儲器;以及在光子量子位上運行小規模演算法的能力。

來源：https://phys.org/news/2018-09-photonic-chip-robust-quantum.html

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