为量子计算开发的为量基于芯片的近最佳光子源

2022-01-25 15:08:00伊恒滢导读研究人员已经开发出一种新的，兼容CMOS的计算近最佳光硅光子光子源，可以满足大规模光子量子计算所需的于芯源所有要求。这项研究代表了朝着可大规模制造的为量理想

研究人员已经开发出一种新的，兼容CMOS的计算近最佳光硅光子光子源，可以满足大规模光子量子计算所需的于芯源所有要求。这项研究代表了朝着可大规模制造的为量理想单光子源迈出的重要一步。

开发基于芯片的计算近最佳光量子计算机的工作很广泛，因为用于制造当今计算机芯片的于芯源成熟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上制造量子计算机所需的为量许多组件，但由于对创建高质量光子的计算近最佳光需求日益迫切，片上单光子源已被证明具有挑战性。于芯源

来自英国布里斯托大学的为量Stefano Paesani将在9月14日至17日举行的全虚拟OSA 光学和激光科学前沿 APS / DLS(FiO + LS)会议上介绍这项新研究。

佩萨尼说：“通过展示同时满足大型光子量子计算机所有要求的计算近最佳光低噪声光子源，我们克服了限制量子光子技术规模化的于芯源关键挑战。” “这项工作中开发的技术可以在几年内加速可大规模生产的芯片级量子技术的发展。此类技术有望实现巨大的计算量子速度，无条件安全的通信和量子增强型传感器。”

创建高质量的光子

顾名思义，单光子源以单光子的形式发光。它们是光量子计算机的关键组件，光量子计算机使用光子以qubit的形式传输数据。量子位可以同时处于两种状态，并且彼此干扰或关联，从而允许同时执行许多过程。

量子计算中使用的单光子源有非常严格的要求。它们必须是高度可分辨的和纯净的，或者是接近确定性的，或者是高效的，并且适合于批量生产。为了满足所有这些要求，Paesani及其同事设计了一种新的单光子源，它基于多模硅波导中的模态自发四波混合。

片上光子源的多模态方法(其中多个光学泵浦场之间的相互作用用于生成光子)使控制光子发射的新型自由度成为可能。通过调整低损耗多模波导的几何形状和泵浦场之间的片上时间延迟，研究团队表明，可以设计自发光子发射的属性以实现接近理想的光子。

为了测试新设计，研究人员在商业晶圆上使用兼容CMOS的光刻工艺，在标准绝缘体上硅上制造了单光子器件。对这些设备的测试表明，多模波导可显着降低传输损耗，从而使光源的固有先驱效率达到大约90%。为了扩大量子处理的规模，必须具有很高的预见效率。

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中报道的最高水平。这一成就使光子之间能够以前所未有的精度进行片上量子操作，从而为在近期量子光子器件中扩大低噪声光子处理的规模开辟了可能性。

研究人员说，可以使用更好的泵浦激光器和更均匀的制造工艺来进一步改善单光子源。