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基于芯片的光子量子比特频率转换

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本文摘要:美国的工程师们研发了一种芯片,可以将红外线转换成红外光并且可以切换回去,同时维持原本的光子的量子状态。这种能力将容许量子设备通过现有的光纤基础设施传输信息给对方。研究人员说道,这是构建一个可以互相交换信息的量子网络的设备和计算机的一个最重要的一步。 十多年来,研究人员仍然在研发适当技术,以建构一个可以在长距离内传输量子信息的量子设备网络。这些量子器件的例子还包括在超冷气体中的铷原子和氮空位中心原子。在这些系统中,信心不会留存在单个粒子的物理态中,即被称作量子比特和量子位。

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美国的工程师们研发了一种芯片,可以将红外线转换成红外光并且可以切换回去,同时维持原本的光子的量子状态。这种能力将容许量子设备通过现有的光纤基础设施传输信息给对方。研究人员说道,这是构建一个可以互相交换信息的量子网络的设备和计算机的一个最重要的一步。

  十多年来,研究人员仍然在研发适当技术,以建构一个可以在长距离内传输量子信息的量子设备网络。这些量子器件的例子还包括在超冷气体中的铷原子和氮空位中心原子。在这些系统中,信心不会留存在单个粒子的物理态中,即被称作量子比特和量子位。

就像一个经典电路中的晶体管,这些量子比特需要展开计算出来。此外,量子信息可以在相同比特位之间利用这些作为飞行中的比特单元的光子展开互相交换。  一个最重要的挑战是如何把一个量子设备的输入末端收到另一个,唐洪说道,他是耶鲁大学的一名电气工程师,并参予了这项研究工作。

当两个量子器件是基于两个有所不同的物理系统时,它们的输入光子是不出完全相同的频率上的。意外的是,大多数量子设备运营在有所不同的频率,并没确实需要互相交流,他说道。  有所不同频率的光  即使设备是基于完全相同的物理系统之上,但当量子信息必需通过长距离展开传输时也不会遇上困难。其中的一个问题是,光纤网络设计的目的是升空红外线,而一些量子比特操作者是在红外线频率范围内的。

  新的芯片使两个设备运营在有所不同的频率,通过用于现有的红外光纤基础设施展开长距离传输互相交换信息。例如,如果一个基于铷原子的装置收到的红外线子,光子芯片将此可将光切换到红外线的频率,然后可以通过光纤网络传输构成互联网络。然后,相连到第二量子装置的芯片可以接管这种红外光并转换成系统可辨识的红外线。

  唐的团队是第一个在芯片上构建这种准确的频率切换的。与以前的方法有所不同的是,这些芯片可以廉价地展开大量的生产生产。  非线性的环  通过一个由氮化铝制出的芯片上的一个小的半导体的环展开频率的切换。通过光的非线性效应,这个的环需要产生有所不同的光的频率。

唐的团队通过波导将红外光和红外线激光引领转入的环中。他们指出,通过一种称作差频的方法,可在有所不同的频率创立一个红外信号。

当他们升空两个红外光束,他们指出,红外线可以通过一个被称作倍频的过程产生。  这是一个最重要的第一步,华盛顿大学的ArkaMajumdar说道,他没参予该研究。他也正在展开一个未来的量子网络基础设施涉及构成设备的研究。

这种芯片就像一个经典电路中的电线,他说明说道。  下一步,唐说道,是为了提升芯片的频率切换效率。

在论文中,他们报告了14%的效率。但这是由于差劲的链接,唐说道。在未来的实验中,他们将目的提升切换效率高约100%,他们早已证明了半导体需要构建这一点。

  单光子  Majumdar认为,唐和他的同事们早已证明他们的这种芯片能有效地切换单一的红外线。但他还有很高的期望:在10年内,我指出我们将需要确实构建两个量子系统之间的交流,他说道。  这种芯片结构的涉及论文已公开发表在《物理评论快报》杂志上。


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