Udnyttelse af siliciumfremstillingsteknologi til at bygge kvanteoptiske kredsløb

En ny undersøgelse foretaget af forskere fra University of Bristol bringer os et væsentligt skridt tættere på at frigøre det revolutionære potentiale ved kvanteberegning ved at udnytte siliciumfremstillingsteknologi til at bygge komplekse on-chip kvanteoptiske kredsløb.

Kvantecomputere tilbyder en spændende ny tilgang til at løse problemer, der i øjeblikket er vanskelige selv på de mest avancerede klassiske supercomputere.

At bygge en kvantecomputer i laboratoriet har dog vist sig at være meget udfordrende.

Forskere ved universitetets Quantum Engineering Technology Labs (QET Labs) bruger enkeltpartikler af lys, fotoner, at konstruere optiske kredsløb, der behandler kvantebits (qubits) af information.

Ved at bruge de samme materialer og fabrikationsfaciliteter, der oprindeligt blev udviklet af elektronikindustrien, QET Labs har demonstreret meget komplekse kredsløb på siliciumchips, der præcist kan behandle små antal fotoniske qubits. Deres resultater er blevet offentliggjort i tidsskriftet Optik Express .

Selvom kredsløb kan gøres næsten vilkårligt store, har det vist sig vanskeligt at generere mange perfekte og identiske fotoner på samme tid til behandling af større mængder kvanteinformation.

Forskerholdet, ledet af Dr. Gary Sinclair og Dr. Imad Faruque, sat ud for at undersøge, om flere parallelle kilder på en enkelt siliciumchip kunne laves til at generere perfekte og identiske enkeltfotoner.

Dr. Imad Faruque sagde:"Vi demonstrerede for første gang, at næsten perfekte enkeltfotoner kan genereres fra to parallelle kilder på den samme siliciumchip.

"For at demonstrere dette, vi tog fotoner fra hver kilde og udførte et "kvanteinterferens" eksperiment:den ultimative test af fotonkvalitet."

Resultaterne viste, at ved hjælp af nuværende teknikker kan fotoner genereret i flere kilder parallelt gøres op til 92 procent identiske med hinanden, og at det skal være muligt at forbedre dette yderligere ved at bruge de seneste foreslåede metoder.

Dr. Gary Sinclair tilføjede:"Det er essentielt at generere mange identiske enkeltfotoner parallelt, hvis vi skal opskalere de proof-of-principle-eksperimenter, der i øjeblikket udføres i laboratoriet, til noget stort nok til at blive et praktisk anvendeligt beregningsværktøj.

"Vores eksperiment har eksperimentelt vist, at dette er muligt for første gang. Denne demonstration markerer et stort skridt i kvanteberegning i silicium med fotoner og baner vejen for en hurtig stigning i omfanget af kvanteberegningsdemonstrationer, der er mulige.

"Selvom vores demonstration er et vigtigt skridt, mange flere forhindringer tilbage. Vores næste mål er at bruge de seneste fremskridt inden for kildedesign til at demonstrere, at vi kan generere fotoner, der er meget tættere på 100 procent identiske end de 92 procent, der er demonstreret indtil videre."