Ny fotonisk chip lover mere robuste kvantecomputere

Forskere har udviklet en topologisk fotonisk chip til behandling af kvanteinformation, lovende en mere robust mulighed for skalerbare kvantecomputere.

Forskergruppen, ledet af RMIT University's Dr. Alberto Peruzzo, har for første gang vist, at kvanteinformation kan kodes, behandlet og overført på afstand med topologiske kredsløb på chippen. Forskningen er publiceret i Videnskab fremskridt .

Gennembruddet kan føre til udvikling af nye materialer, ny generation af computere og dybere forståelse af grundvidenskab.

I samarbejde med forskere fra Politecnico di Milano og ETH Zürich, forskerne brugte topologisk fotonik - et hurtigt voksende felt, der har til formål at studere fysikken i topologiske faser af stof i en ny optisk kontekst - til at fremstille en chip med en 'stråleopdeler', der skaber en fotonisk kvanteport med høj præcision.

"Vi forventer, at det nye chipdesign åbner vejen for at studere kvanteeffekter i topologiske materialer og for et nyt område med topologisk robust kvantebehandling i integreret fotonik -teknologi, "siger Peruzzo, Chief Investigator ved ARC Center of Excellence for Quantum Computation and Communication Technology (CQC2T) og direktør, Quantum Photonics Laboratory, RMIT.

"Topologisk fotonik har den fordel, at det ikke kræver stærke magnetfelter, og har en iboende høj kohærens, rumtemperaturbetjening og let manipulation "siger Peruzzo.

"Dette er væsentlige krav til opskalering af kvantecomputere."

Replikering af det velkendte Hong-Ou-Mandel (HOM) eksperiment-som tager to fotoner, de ultimative bestanddele af lys, og forstyrre dem i henhold til kvantemekanikkens love - teamet kunne bruge den fotoniske chip til at demonstrere, for første gang, at topologiske tilstande kan undergå kvantuminterferens i høj kvalitet.

HOM -interferens er kernen i optisk kvanteberegning, som er meget følsom over for fejl. Topologisk beskyttede stater kunne tilføre kvantekommunikation robusthed, faldende støj og defekter, der er udbredt inden for kvanteteknologi. Dette er især attraktivt for optisk kvanteinformationsbehandling.

"Tidligere forskning havde fokuseret på topologisk fotonik ved hjælp af 'klassisk' -laserlys, der opfører sig som en klassisk bølge. Her bruger vi enkeltfotoner, som opfører sig i henhold til kvantemekanik "siger hovedforfatter Jean-Luc Tambasco, Ph.d. studerende på RMIT.

Demonstration af højkvalitets kvanteinterferens er en forløber for at transmittere nøjagtige data ved hjælp af enkeltfotoner til kvantekommunikation-en vital komponent i et globalt kvantenetværk.

"Dette arbejde skærer de to blomstrende felter inden for kvanteteknologi og topologiske isolatorer og kan føre til udvikling af nye materialer, ny generation af computere og grundvidenskab "siger Peruzzo.

Forskningen er en del af Photonic Quantum Processor Program på CQC2T. Center of Excellence udvikler parallelle tilgange ved hjælp af optiske og siliciumprocessorer i løbet af at udvikle det første kvanteberegningssystem.

CQC2Ts australske forskere har etableret globalt lederskab inden for kvanteinformation. Efter at have udviklet unikke teknologier til manipulation af stof og lys på niveau med individuelle atomer og fotoner, holdet har vist den højeste trofasthed, længste sammenhængstid qubits i fast tilstand; den længstlevende kvantehukommelse i fast tilstand; og evnen til at køre små algoritmer på fotoniske qubits.