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【原】推动量子光子学发展,离量子计算机的实现又将更进一步!

来源:用户 博科园 收藏 编辑:张晓华

量子计算机使用量子力学的基本原理,来潜在地加快解决复杂计算的过程。假设你需要执行在电话簿中搜索特定号码的任务,经典计算机将搜索电话簿的每一行,直到找到匹配为止。量子计算机可以通过同时评估每一条线路同时搜索整个电话簿,并以更快的速度返回结果。速度上的差异是由于计算机处理信息的基本单元,在经典计算机中,基本单位称为位,表示0或1的电脉冲或光脉冲。量子计算机的基本单位是量子位,它可以同时表示0和1的许多值组合。

正是这种特性使得量子计算机可以加快计算速度,量子比特的缺点是它们存在于脆弱的量子态中,容易受到环境噪声的影响,例如温度的变化。因此,在受控环境中生成和管理量子位对研究人员提出了重大挑战。加州大学圣巴巴拉分校的工程师Galan Moody是电气和计算机工程学助理教授,他提出了一种解决方案,以克服现有量子计算原型使用光编码和处理信息的低效率和性能。光学系统之所以具有吸引力,是因为它们在相同物理框架中自然地将量子计算和网络连接起来。

然而,现有技术仍然需要芯片外的光学操作,这大大降低了效率、性能和可扩展性。在他的项目“用于全芯片的异构III-V/硅光子学:线性光学量子计算”中,Moody的目标是创建一个光学量子计算平台,其中所有基本组件都集成到一个单一的半导体芯片上。集成电子电路推动了经典计算领域的革命性进步,目标是创造出对量子计算具有同样影响的集成光子电路。Moody今年秋天加入了UCSB工程学院,此前他在国家标准与技术研究所担任博士后研究员和研究科学家六年。

这可能促使效率和处理速度的显著提高,并使使用光处理和传输信息的全新方法成为可能。研究项目现在得到了美国空军的大力支持。Moody是美国空军科学研究办公室2019年青年调查员奖入选的40名早期职业科学家之一。获奖者将在三年内获得45万美元,以支持他们的研究工作。该项目旨在促进年轻科学家的研究,支持空军控制和最大限度地利用空气、空间和网络空间的任务,以及科学和工程方面的相关挑战。为了开发一个全电的、全芯片的量子光子平台,Moody建议整合为不同平台和应用开发的三项技术。

这些部件是电驱动的量子点单光子源,用于光学操作的硅基光子学,以及超导纳米线单光子探测器。使用物理模型来指导设备的设计和制造,量子光谱学将让我们洞察材料特性和噪声源,芯片上的光学干涉仪将使我们能够进行测量,从而提高材料纯度,监控光源并执行计算。最终希望更好地理解和利用量子力学可以为计算和网络提供的任何优势。这项新技术还可能在量子光源等领域产生变革性影响,用于安全通信,以及减少激光和LED等经典光子器件的尺寸、重量和功耗。

博科园|研究/来自:加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校

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