Første chip-til-chip kvanteteleportation, der udnytter silicon fotonisk chipfremstilling

Udviklingen af ​​teknologier, der kan behandle information baseret på kvantefysikkens love, forventes at have dybtgående indvirkning på det moderne samfund.

For eksempel, kvantecomputere kan have nøglen til at løse problemer, der er for komplekse til nutidens mest kraftfulde supercomputere, og et kvante -internet kunne i sidste ende beskytte verdens oplysninger mod ondsindede angreb.

Imidlertid, disse teknologier er alle afhængige af "kvanteinformation, "som typisk er kodet i enkelte kvantepartikler, der er ekstremt vanskelige at kontrollere og måle.

Forskere fra University of Bristol, i samarbejde med Danmarks Tekniske Universitet (DTU), har med succes udviklet enheder i chipskala, der er i stand til at udnytte kvantefysikkens anvendelser ved at generere og manipulere enkelte lyspartikler i programmerbare kredsløb i nanoskala.

Disse chips er i stand til at kode kvanteinformation i lys genereret inde i kredsløbene og kan behandle "kvanteinformationen" med høj effektivitet og ekstremt lav støj. Denne demonstration kunne muliggøre et betydeligt løft i evnen til at producere mere komplekse kvantekredsløb, der kræves i kvanteberegning og kommunikation.

Deres arbejde, offentliggjort i tidsskriftet Naturfysik og tilgængelig gratis i fortryksform på arXiv -fortryksserveren, er vært for en række kvantedemonstrationer.

I et af banebrydende eksperimenter, forskere ved University of Bristols Quantum Engineering Technology Labs (QET Labs) demonstrerer kvanteteleportering af information mellem to programmerbare chip for første gang, som de bemærker er en hjørnesten i kvantekommunikation og kvanteberegning.

Kvanteteleportering tilbyder kvantetilstandsoverførsel af en kvantepartikel fra et sted til et andet ved at bruge sammenfiltring. Teleportering er ikke kun nyttig til kvantekommunikation, men er en grundlæggende byggesten i optisk kvanteberegning. Etablering af en indviklet kommunikationsforbindelse mellem to chips i laboratoriet har imidlertid vist sig at være meget udfordrende.

Bristol-medforfatter Dan Llewellyn sagde:"Vi var i stand til at demonstrere en sammenfiltringsforbindelse af høj kvalitet på tværs af to chips i laboratoriet, hvor fotoner på hver chip deler en enkelt kvantetilstand.

"Hver chip blev derefter fuldt programmeret til at udføre en række demonstrationer, der udnytter sammenfiltringen.

"Flagskibsdemonstrationen var et to-chip teleportationseksperiment, hvorved den individuelle kvantetilstand af en partikel transmitteres over de to chips efter en kvantemåling er udført. Denne måling udnytter kvantefysikkens mærkelige adfærd, som samtidig kollapser sammenfiltringsleddet og overfører partikeltilstanden til en anden partikel, der allerede er på modtagerchippen. "

En anden medforfatter, Dr. Imad Faruque, også fra Bristol, tilføjet:"Baseret på vores tidligere resultat af on-chip højkvalitets enkeltfotonkilder, vi har bygget et endnu mere komplekst kredsløb, der indeholder fire kilder.

"Alle disse kilder er testet og fundet at være næsten identiske og udsender næsten identiske fotoner, hvilket er et vigtigt kriterium for de eksperimenter, vi havde udført, såsom forviklingsbytte."

Resultaterne viste ekstremt high-fidelity kvanteteleportation på 91 procent. Ud over, forskerne var i stand til at demonstrere nogle andre vigtige funktioner i deres design, såsom entanglement swapping (påkrævet for kvanterepeatere og kvantenetværk) og fire-foton GHZ-tilstande (påkrævet i kvanteberegning og kvanteinternettet).

Ifølge medforfatter Dr. Yunhong Ding, fra DTU, lavt tab, høj stabilitet, og fremragende kontrollerbarhed er ekstremt vigtige for integreret kvantefotonik. Han sagde:"Dette eksperiment blev gjort muligt på grund af den nyeste teknologi med lavt tab af siliciumfotonik baseret på højkvalitetsfremstilling på DTU."

Hovedforfatter, Dr. Jianwei Wang, nu på Peking Universitet, sagde:"I fremtiden, en enkelt Si-chip-integration af kvantefotoniske enheder og klassisk elektronisk kontrol åbner døren for fuldt chipbaserede CMOS-kompatible kvantekommunikations- og informationsbehandlingsnetværk. "