规模硅量子光子技术

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尽管标准的量子硬件将粒子包裹在两种状态中，但研究小组已经找到了一种方法，可以用15种状态生成并缠绕每个粒子对。
这种集成光子芯片为量子光子学的复杂性和准确性树立了新的标准，可以立即应用于量子技术。
集成量子光子学允许单个光学粒子的路由和控制具有固有的高稳定性和准确性，但迄今为止，它仅限于小规模演示，其中只有几个组件集成在芯片上。
扩展这些量子电路对于提高现代量子信息处理技术的复杂性和计算能力非常重要，并为许多革命性的应用开辟了可能性。
布里斯托大学QET实验室的科学家领导的研究团队展示了第一个大规模集成量子光子电路，该电路集成了数百个必要的组件，可以产生、控制和分析高维纠缠。空前的准确性。
量子芯片是利用可扩展的硅光子技术实现的，类似于今天的电子电路，将为制造光量子计算机的大量组件提供一种途径。
这项工作是与北京大学、数据传输单位(DTU)、福托尼克科学研究所(ICFO)、马克斯普朗克研究所、波兰科学院理论物理中心和哥本哈根大学合作完成的，今天发表在《科学杂志》上。
由于大量子系统中相关粒子的复杂相互作用，大量子器件和复杂多维纠缠系统的相干精确控制一直是一项具有挑战性的任务。近年来，包括光子、超导体、离子、量子点和缺陷在内的各种平台在实现大规模量子器件方面取得了巨大进展。
特别是，光子学代表了一种有前途的方法，可以在光子的不同自由度上自然地编码和处理多维量子态。
在这项工作中，展示了一个可编程路径编码的多维纠缠系统。它的尺寸高达1515 ，其中两个光子同时存在于15个光路中，相互缠绕。
这种多维纠缠是通过使用集成在单个芯片中的硅光子量子电路来实现的，该电路具有550个光学元件，包括16个相同的光子对光源、93个光学移相器和122个分束器。
主要作者王建伟博士说：“今天硅光子技术的成熟，使我们能够扩大技术规模，实现量子电路的大规模集成。
“这是硅上量子光子学中最美丽的东西。我们的量子芯片使我们能够实现前所未有的精度和多维度的纠缠控制水平，这是许多计算和通信的量子信息任务的关键因素。”
资深研究员、光通信硅光子中心()作者丁补充道：“新技术总是带来新应用。
“我们在DTU的硅光子集成技术的功能允许大规模和高度稳定的量子信息处理芯片，这使我们能够观察到高质量的多维量子关联，包括广义贝尔和面向EPR的违规，并且还实现了实验上未开发的多维量子协议：多维随机性扩展和状态自检。”
布里斯托尔QETLabs的主要学者安东尼莱恩博士和相应的作者说：“纠缠是量子力学的一个迷人特征，我们还没有完全理解。这种设备和未来几代芯片的复杂性将日益增加，这将使我们能够探索量子科学的这一领域，并创造新的发现。”
【规模硅量子光子技术】布里斯托尔团队的负责人马克汤普森教授补充说：“我们使用了今天微电子工业中使用的相同制造工具和技术来实现我们的硅量子光子微芯片。然而，与利用电子经典行为的传统电子电路不同，我们的电路利用了单个光粒子的量子特性。这种用于量子技术的硅光子学方法为扩展到大规模量子计算应用所需的数百万个元素提供了一个清晰的途径。”