美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家開發(fā)出全球首款集成關(guān)鍵量子光子元件的芯片，用于生成和操縱糾纏光子，推動(dòng)了可擴(kuò)展量子互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。這一突破使得量子信息能夠通過現(xiàn)有的光纖基礎(chǔ)設(shè)施傳輸，使用可大規(guī)模生產(chǎn)的芯片來降低成本和復(fù)雜性。

這項(xiàng)研究發(fā)表在《Optica Quantum》雜志上，重點(diǎn)研究了一種量子計(jì)算形式，該形式使用光子（光的粒子）來創(chuàng)建量子比特并傳輸和存儲(chǔ)信息。與代表 0 或 1 的傳統(tǒng)比特不同，量子比特可以通過一種稱為量子疊加的現(xiàn)象同時(shí)存在于多種狀態(tài)中。這使得更復(fù)雜、更強(qiáng)大的信息編碼成為可能。這項(xiàng)研究還推進(jìn)了量子網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，量子網(wǎng)絡(luò)旨在連接遠(yuǎn)距離的量子設(shè)備——這是實(shí)現(xiàn)量子互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵一步。

“我們并不是第一個(gè)將這些元素中的任何一個(gè)放在芯片上的公司，但我們是第一個(gè)將這些特定功能放在單個(gè)芯片上的公司，”這項(xiàng)研究的資深作者、普渡大學(xué)副教授、ORNL 聯(lián)合任教的 Joe Lukens 表示。“這些芯片可以按照標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)格制造，這是確保大規(guī)模量產(chǎn)的關(guān)鍵。這樣的產(chǎn)品使我們超越了桌面演示，走上了任何人都可以使用的量子互聯(lián)網(wǎng)的道路。”

該芯片設(shè)計(jì)集成了微環(huán)諧振器等關(guān)鍵元件，微環(huán)諧振器可產(chǎn)生糾纏光子對(duì)，偏振分束器-旋轉(zhuǎn)器可根據(jù)光的偏振將輸入光分離到不同的輸出路徑。將單個(gè)芯片上的元件配對(duì)可直接產(chǎn)生寬帶偏振糾纏。

ORNL 量子研究科學(xué)家、這項(xiàng)研究的合著者 Hsuan-Hao Lu 表示：“這些光子與現(xiàn)有的傳統(tǒng)光纖電纜網(wǎng)絡(luò)兼容。一旦我們能夠生成和操縱這些光子，我們就可以使用日?，F(xiàn)成的電信組件來完成大部分剩余的工作。”

該芯片展示了超過 116 對(duì)不同的通道（或光波顏色）用于傳輸。其中超過 100 個(gè)通道具有高保真度——該團(tuán)隊(duì)稱這是一個(gè)“創(chuàng)紀(jì)錄的數(shù)字”