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编译服务: 后摩尔 编译者: shenxiang 发布时间: Oct 16, 2020 点击量: 458

开发基于芯片的量子计算机是一项广泛的努力,用于制造当今计算机芯片的成熟CMOS制造工艺可以大大降低大规模量子信息处理的成本。尽管研究人员已经证明了在硅芯片中制造量子计算机所需的许多组件,但由于对创造高质量光子的严格要求,片上单光子源已被证明具有挑战性。

单光子源以单光子的形式发射光,是光学量子计算机的关键部件。光学量子计算机使用光子以量子比特的形式传输数据。量子位可以同时处于两种状态,并且相互干扰或相互关联,从而允许同时执行许多进程。

用于量子计算的单光子源有着非常严格的要求。它们必须是高度不可区分的和纯粹的,无论是近乎确定性的还是高效的,并且适合大规模制造。为了满足这些要求,英国布里斯托尔大学的研究人员基于CMOS工艺,设计了一种基于多模硅波导中的模间自发四波混频的单光子源。

片上光子源的模式间方法,即利用多个光泵场之间的相互作用来产生光子,使得控制光子发射的新自由度成为可能。通过调整低损耗多模波导的几何结构和抽运场之间的片上时间延迟,研究人员表明,自发光子发射的特性可以被设计成接近理想的光子。

为了测试新的设计,研究人员在商业晶圆上使用CMOS兼容的光刻工艺在标准绝缘体硅上制造单光子器件。对这些器件的测试表明,多模波导显著降低了传输损耗,使光源的固有预示效率达到约90%。要扩大量子处理的规模,就必须有高的预示效率。

研究人员还进行了片上光子干涉,这对量子计算至关重要。这些实验产生了96%的原始数据可见度,这是迄今为止在集成光子学领域报告的最高值。这一成果使光子间的片上量子操作达到了前所未有的精度,为在短期量子光子器件中扩大低噪声光子处理开辟了可能。

研究人员表示,单光子源可以通过更好的泵浦激光和更均匀的制造工艺进一步改进。

英国布里斯托尔大学的Stefano Paesani在9月14-17日举行的线上光学和激光科学APS/DLS会议(OSA Frontiers in Optics and Laser Science APS/DLS)上介绍这项新研究。

 

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