量子信息系統(tǒng)提供比標(biāo)準(zhǔn)計算機更快、更強大的計算方法，幫助解決世界上許多最棘手的問題。然而，要實現(xiàn)這一終極承諾，需要比科學(xué)家迄今建造的更大、更互聯(lián)的量子計算機。事實證明，將量子系統(tǒng)擴展到更大的規(guī)模并連接多個系統(tǒng)具有挑戰(zhàn)性。
現(xiàn)在，芝加哥大學(xué)普利茲克分子工程學(xué)院 (PME) 的研究人員發(fā)現(xiàn)了如何將兩項強大的技術(shù)(捕獲原子陣列和光子設(shè)備)結(jié)合起來，從而產(chǎn)生用于量子計算、模擬和網(wǎng)絡(luò)的先進系統(tǒng)。通過利用光子學(xué)將單個原子陣列互連，這種新組合將允許構(gòu)建可以輕松擴展的大型量子系統(tǒng)。
“我們?nèi)诤狭藘身椉夹g(shù)，而在過去，這兩項技術(shù)實際上并沒有太大關(guān)聯(lián)，” 分子工程學(xué)助理教授、新論文的資深作者Hannes Bernien表示，該論文發(fā)表在《自然通訊》上。“以這種方式擴展量子系統(tǒng)不僅從根本上很有趣，而且還具有許多實際應(yīng)用。”
用光鑷(高度聚焦的激光束，可以將原子固定在原位)捕獲中性原子陣列是一種越來越流行的量子處理器構(gòu)建方法。這些中性原子網(wǎng)格在以特定序列激發(fā)時，可以實現(xiàn)復(fù)雜的量子計算，可擴展到數(shù)千個量子比特。然而，它們的量子態(tài)很脆弱，很容易被破壞——包括那些旨在以光子形式收集數(shù)據(jù)的光子設(shè)備。
“將原子陣列連接到光子設(shè)備一直非常具有挑戰(zhàn)性，因為技術(shù)之間存在根本差異。原子陣列技術(shù)依靠激光來生成和計算。” PME 研究生、新研究的共同第一作者Shankar Menon說道。“一旦將系統(tǒng)暴露在半導(dǎo)體或光子芯片上，激光就會散射，從而導(dǎo)致原子捕獲、檢測和計算出現(xiàn)問題。”
在這項新研究中，Bernien 的團隊開發(fā)了一種新的半開放芯片幾何結(jié)構(gòu)，允許原子陣列與光子芯片接口，從而克服了這些挑戰(zhàn)。借助新平臺，可以在計算區(qū)域進行量子計算，然后將包含所需數(shù)據(jù)的一小部分原子移動到新的互連區(qū)域，以進行光子芯片集成。
“我們有兩個單獨的區(qū)域，原子可以在其中移動，一個遠(yuǎn)離光子芯片進行計算，另一個靠近光子芯片，用于連接多個原子陣列，”共同第一作者、PME 研究生 Noah Glachman 解釋說。“這種芯片的設(shè)計方式，使它與原子陣列的計算區(qū)域的相互作用最小。”
在互連區(qū)域，量子比特與微型光子裝置相互作用，后者可以提取光子。然后，光子可以通過光纖傳輸?shù)狡渌到y(tǒng)。最終，這意味著許多原子陣列可以互連，形成比單個陣列更大的量子計算平臺。
新系統(tǒng)的另一個優(yōu)勢——可能帶來特別快速的計算能力——是許多納米光子腔可以同時連接到一個單個原子陣列。
“我們可以同時擁有數(shù)百個這樣的腔體，它們可以同時傳輸量子信息，”Menon 說。“這大大提高了互連模塊之間共享信息的速度。”
雖然該團隊展示了捕獲原子并在區(qū)域之間移動它的可行性，但他們正在計劃未來的研究，以考察該過程中的其他步驟，包括從納米光子腔收集光子，以及產(chǎn)生長距離糾纏。
標(biāo)簽：
免責(zé)聲明：本文由用戶上傳，如有侵權(quán)請聯(lián)系刪除！