Forskere finder det manglende fotoniske link for at muliggøre et kvanteinternet i silicium

Forskere ved Simon Fraser University har fået et afgørende gennembrud i udviklingen af ​​kvanteteknologi.

Deres forskning, offentliggjort i Nature beskriver i dag deres observationer af mere end 150.000 silicium "T center" foton-spin qubits, en vigtig milepæl, der åbner op for umiddelbare muligheder for at konstruere massivt skalerbare kvantecomputere og det kvanteinternet, der vil forbinde dem.

Kvantecomputere har et enormt potentiale til at levere computerkraft langt ud over mulighederne for nutidens supercomputere, hvilket kan muliggøre fremskridt på mange andre områder, herunder kemi, materialevidenskab, medicin og cybersikkerhed.

For at gøre dette til en realitet er det nødvendigt at producere både stabile, langlivede qubits, der giver processorkraft, såvel som den kommunikationsteknologi, der gør det muligt for disse qubits at linke sammen i skala.

Tidligere forskning har vist, at silicium kan producere nogle af de mest stabile og langlivede qubits i branchen. Nu giver forskningen offentliggjort af Daniel Higginbottom, Alex Kurkjian og medforfattere et principbevis på, at T-centre, en specifik selvlysende defekt i silicium, kan give en "fotonisk forbindelse" mellem qubits. Dette kommer ud af SFU Silicon Quantum Technology Lab i SFU's Physics Department, ledet af Stephanie Simmons, Canada Research Chair i Silicon Quantum Technologies og Michael Thewalt, professor emeritus.

"Dette arbejde er den første måling af enkelte T-centre isoleret, og faktisk den første måling af et enkelt spin i silicium, der kun udføres med optiske målinger," siger Stephanie Simmons.

"En emitter som T-centret, der kombinerer højtydende spin-qubits og optisk fotongenerering, er ideel til at lave skalerbare, distribuerede kvantecomputere, fordi de kan håndtere behandlingen og kommunikationen sammen, i stedet for at skulle forbinde to forskellige kvanteteknologier, en til behandling og en til kommunikation," siger Simmons.

Derudover har T-centre den fordel, at de udsender lys med samme bølgelængde, som nutidens storbyområder fiberkommunikation og telenetværksudstyr bruger.

"Med T-centre kan du bygge kvanteprocessorer, der i sagens natur kommunikerer med andre processorer," siger Simmons. "Når din silicium-qubit kan kommunikere ved at udsende fotoner (lys) i det samme bånd, der bruges i datacentre og fibernetværk, får du de samme fordele ved at forbinde de millioner af qubits, der er nødvendige til kvanteberegning."

Udvikling af kvanteteknologi ved hjælp af silicium giver muligheder for hurtigt at skalere kvantecomputere. Den globale halvlederindustri er allerede i stand til billigt at fremstille siliciumcomputerchips i stor skala med en svimlende grad af præcision. Denne teknologi danner rygraden i moderne databehandling og netværk, fra smartphones til verdens mest kraftfulde supercomputere.

"Ved at finde en måde at skabe kvantecomputerprocessorer i silicium på, kan du drage fordel af alle årene med udvikling, viden og infrastruktur, der bruges til at fremstille konventionelle computere, i stedet for at skabe en helt ny industri for kvantefremstilling," siger Simmons. "Dette repræsenterer en næsten uoverstigelig konkurrencefordel i det internationale kapløb om en kvantecomputer." + Udforsk yderligere

En sammenfiltret tilstand på tre qubit er blevet realiseret i et fuldt kontrollerbart array af spin-qubits i silicium