那個(gè)量子物理學(xué)圣地 成功開(kāi)發(fā)出光子硬件

丹麥哥本哈根大學(xué)(University of Copenhagen)旗下的玻爾研究所(Niels Bohr Institute)最近在量子運算領(lǐng)域取得了兩項關(guān)鍵成果：其中之一是一款類(lèi)二極管(diode-like)零組件，能讓單顆光子僅在某個(gè)方向被發(fā)射與流動(dòng)，端看其自旋是“往上”或“往下”；其二是一種光子延遲線(xiàn)(delay line)。這兩項新研究成果將使量子計算機又朝現實(shí)世界邁進(jìn)一步。

 

玻爾研究所團隊并立即取得了上述研究成果的專(zhuān)利；哥本哈根大學(xué)教授Peter Lodahl接受EE Times編輯訪(fǎng)問(wèn)時(shí)表示：“我們的研究焦點(diǎn)是開(kāi)發(fā)量子技術(shù)應用的光子硬件，這可能會(huì )有很多種技術(shù)應用，包括短期與長(cháng)期性的；因為如此，我們必須為所開(kāi)發(fā)的光子電路取得專(zhuān)利保護，并考慮原型裝置的商用潛力。”

 

到目前為止，所有的量子編碼光子可能會(huì )沿著(zhù)任一方向的波導行進(jìn)，無(wú)論其自旋編碼如何；不過(guò)Lodahl與同校教授Soren Stobb，以及博士后研究助理Sahand Mahmoodian與Immo Sollner，設計了一種量子點(diǎn)單光子發(fā)射器，會(huì )沿著(zhù)波導以單一方向發(fā)送上自旋(up-spin)單光子，并在反方向發(fā)射下自旋(down-spin)單光子，如此能打造出可根據其編碼來(lái)針對量子位(quantum-bits，qubits)排序并分類(lèi)的量子計算機組件。

 

 

主導量子光子研究團隊的哥本哈根大學(xué)玻爾研究所教授Peter Lodahl與Soren Stobbe （拍攝：Ola Jakup Joensen；來(lái)源：Niels Bohr Institute）

 

Lodahl表示：“在未來(lái)的量子計算機中，控制光與物質(zhì)之間互動(dòng)的能力是一大關(guān)鍵，也就是我們研究案例中的光子與量子點(diǎn)。”他們還實(shí)現了一種速度差分(speed differential)，能讓那些被編碼、沿著(zhù)波導朝單一方向傳播的發(fā)射光子，與那些被編碼朝著(zhù)相反方向傳播的光子之間有不同的傳播距離(propagation distances)，因此實(shí)現一種光子用的延遲線(xiàn)類(lèi)型零組件，就像今日其他有延遲線(xiàn)零組件的電子組件。

 

 

從新定向源發(fā)射的光子如果電子自旋向上就會(huì )往左(藍色)，如果電子自旋向下則是往右(紅色)（拍攝：Sahand Mahmoodian、Soren Stobbe；來(lái)源：Niels Bohr Institute）

 

 

“透過(guò)我們的光子電路來(lái)回傳送光子時(shí)，會(huì )有不相等的傳播距離，是源自于取決于傳播方向的光子與發(fā)射器之互動(dòng)；”Lodahl解釋?zhuān)?ldquo;我們對取決于傳播方向的差異互動(dòng)之發(fā)現，為控制光-物質(zhì)互動(dòng)以催生構成量子運算技術(shù)基本硬件的創(chuàng )新光子芯片開(kāi)啟了可能性。”

 

 

玻爾研究所量子光子學(xué)實(shí)驗室的實(shí)驗設置（拍攝：Ola Jakup Joensen；來(lái)源：Niels Bohr Institute）

 

以雷射作為激發(fā)源──也可以使用電幫浦(electrical pumping)來(lái)完成──研究人員已經(jīng)能將其量子點(diǎn)材料運用于制作單光子，并以上/下自旋來(lái)分類(lèi)(就像二極管)，并能沿著(zhù)光子版的延遲線(xiàn)來(lái)傳播；這些研究成果將成為未來(lái)量子計算機的關(guān)鍵零組件。

 

 

玻爾研究所量子光子學(xué)實(shí)驗室團隊的博士后研究員Sahand Mahmoodian與Immo Sollner