研究人員正在利用光子學來開發(fā)和擴展硬件，以滿足量子信息技術(shù)的嚴格要求。通過利用光子學的特性，研究人員指出了縮放量子硬件的好處。研究人員表示，如果成功的話，大規(guī)模量子硬件將實現(xiàn)遠程網(wǎng)絡(luò)、多個量子設(shè)備之間的互連、量子計算和模擬的大規(guī)模光子電路。

來自丹麥、德國和英國的一個跨學科研究團隊正在專注于利用光子學的最佳方法，并利用其特性開發(fā)一個可以擴展量子硬件的平臺。為此，該團隊開發(fā)了一個基于薄膜鈮酸鋰的集成光子平臺，鈮酸鋰的單晶是光波的重要材料，是低損耗模式的理想調(diào)制器。

研究人員將集成光子平臺與基于納米光子波導中的量子點(半導體晶體)的確定性固態(tài)單光子源接口。由此產(chǎn)生的光子通過低損耗電路進行處理，據(jù)研究人員稱，這種電路可以以幾千赫茲的速度進行編程。研究人員指出，快速可重新編程的低損耗光電路是執(zhí)行光子量子信息處理任務的關(guān)鍵。

高速平臺為研究人員實現(xiàn)幾個關(guān)鍵的光子信息處理功能鋪平了道路。研究人員在實驗中觀察到的第一個處理功能是芯片上的量子干涉。研究人員使用了Hong-OuMandel (HOM)效應，即當觀察到雙光子干涉時，才會產(chǎn)生效應。圖1顯示了進行的片上HOM實驗，該實驗測試了光子量子信息處理平臺的性能。

該團隊展示的另一個處理功能是集成的單光子路由器，這是光子信息處理的關(guān)鍵。研究人員展示了一種用于量子點發(fā)射光子的全片光子路由器。為了實現(xiàn)這一目標，他們利用該平臺的能力，將快速移相器與量子發(fā)射器波長集成在一起，展示了集成的單光子路由器。

該團隊還實現(xiàn)了一個通用的四模干涉儀，由6個Mach-Zehnder干涉儀和10個相位調(diào)制器組成，如圖2所示。可編程多模量子干涉儀對于實現(xiàn)光子量子技術(shù)的基本功能至關(guān)重要。研究人員還表示，他們的干涉儀能夠?qū)崿F(xiàn)量子計算優(yōu)勢實驗或模擬量子模擬的電路。

在《Science Advances》發(fā)表的一篇研究論文中，研究人員詳細介紹了他們基于薄膜鈮酸鋰的高速集成光子平臺的開發(fā)。這篇論文的題目是“High-speed thin-film lithium niobate quantum processor driven by a solid-state quantum emitter”。文章作者認為具有固態(tài)確定性光子源的集成光子學是多相擴展量子技術(shù)的一個有前途的選擇。展望未來，該平臺可以進一步優(yōu)化，以減少耦合和傳播損失。容錯量子計算架構(gòu)(每光子損耗水平小于10%)離現(xiàn)實更近了一步。

原文鏈接：

https://www.hpcwire.com/2023/06/03/researchers-develop-integrated-photonic-platform-based-on-thin-film-lithium-niobate/

審核編輯：劉清