首次利用硅光子芯片制造芯片間量子隱形傳態(tài)

可以基于量子物理學定律處理信息的技術的發(fā)展預計將對現(xiàn)代社會產生深遠的影響。

例如，量子計算機可能是解決當今最強大的超級計算機過于復雜的問題的關鍵，而量子互聯(lián)網最終可以保護世界信息免受惡意攻擊。

但是，這些技術都依賴于“ 量子信息 ”，該信息通常以極其難以控制和測量的單個量子粒子進行編碼。

布里斯托大學的科學家與丹麥技術大學(DTU)合作，成功開發(fā)了芯片級設備，該設備能夠通過在可編程納米級電路中產生和處理單個光粒子來利用量子物理學的應用。

這些芯片能夠對電路內部產生的光中的量子信息進行編碼，并且能夠高效且極低地處理“量子信息” 。該演示可以大大提高生產量子計算和通信所需的更復雜的量子電路的能力。

他們的工作發(fā)表在《自然物理學》雜志上，并在arXiv預印本服務器上以預印本免費提供，其中包含了一系列量子演示。

在一項突破性實驗中，布里斯托大學量子工程技術實驗室(QET Labs)的研究人員首次展示了兩個可編程芯片之間信息的量子隱形傳態(tài)，他們說這是量子通信和量子計算的基石。

量子隱形傳態(tài)利用糾纏技術將量子粒子從一個地方轉移到另一個地方。隱形傳訊不僅對量子通信有用，而且是光學量子計算的基本構建塊。然而，事實證明，在實驗室中的兩個芯片之間建立糾纏的通信鏈接非常困難。

布里斯托(Bristol)的合著者丹·里韋林(Dan Llewellyn)說：“我們能夠在實驗室中的兩個芯片上演示高質量的糾纏鏈接，其中兩個芯片上的光子共享一個量子態(tài)。

“然后對每個芯片進行完全編程，以進行一系列利用糾纏的演示。

“旗艦演示是一個兩芯片的隱形傳態(tài)實驗，其中在執(zhí)行量子測量后，粒子的單個量子態(tài)在兩個芯片之間傳輸。這種測量利用了量子物理學的奇怪行為，同時使纏結鏈接和碰撞消失了。將粒子狀態(tài)轉移到已經在接收器芯片上的另一個粒子。”

另一位合著者，同樣來自布里斯托爾的Imad Faruque博士補充說：“基于我們先前對片上高質量單光子光源的研究結果，我們構建了一個包含四個光源的更為復雜的電路。

“所有這些源都經過測試，發(fā)現(xiàn)幾乎相同，它們發(fā)射幾乎相同的光子，這是我們進行的一系列實驗(例如糾纏交換)的基本標準。”

結果表明，極高保真度的量子隱形傳態(tài)達到了91%。此外，研究人員還能夠證明其設計的其他一些重要功能，例如糾纏交換(對于量子中繼器和量子網絡是必需的)和四光子GHZ狀態(tài)(在量子計算和量子互聯(lián)網中是必需的)。

根據(jù)DTU的合著者丁云宏博士的說法，低損耗，高穩(wěn)定性和出色的可控性對于集成量子光子學極為重要。他說：“由于基于DTU高質量制造的最新低損耗硅光子技術，使得該實驗成為可能。”

主要作者，現(xiàn)任北京大學的王建偉博士說：“將來，量子光子器件和經典電子控件的單硅芯片集成將為完全基于芯片的CMOS兼容量子通信和信息打開大門。處理網絡。”

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