揭示缺失的“光子鏈接”：光學觀測助力構建純硅量子互聯(lián)網

利用硅開發(fā)量子技術為快速擴展量子計算提供了機會。加拿大西蒙弗雷澤大學（SFU）的研究人員在量子技術發(fā)展方面取得了關鍵突破。發(fā)表在13日《自然》雜志上的一項研究，描述了他們對超過15萬個硅“T中心”光子自旋量子比特的觀察，這是一個重要的里程碑，使構建大規(guī)?？蓴U展量子計算機和純硅量子互聯(lián)網成為可能。

數據揭示了硅中自旋的首次光學觀察。單次自旋的兩次激光掃描揭示了標志性的自旋分裂中心峰；在這里，實驗數據被可視化為立體馬賽克。

量子計算機具有強大的計算能力，在解決一些復雜問題方面具有巨大的潛力，有望為化學、材料科學、醫(yī)學和網絡安全等許多領域帶來新進展。要實現這一點，必須制造出穩(wěn)定、長壽命的量子比特來提供處理能力，以及使這些量子比特大規(guī)模關聯(lián)在一起的通信技術。

過去的研究表明，硅可以產生部分最穩(wěn)定和最長壽命的量子比特?，F在，新研究為之提供了原理證據，證明了T中心——硅中一種特殊的發(fā)光缺陷可以在量子比特之間提供一種“光子鏈接”。

這項研究來自SFU物理系的硅量子技術實驗室，該實驗室由加拿大硅量子技術研究主席斯蒂芬妮·西蒙斯和榮譽退休教授邁克爾·特瓦爾特共同領導。

“這項工作是第一次單獨測量單個T中心，實際上，也是第一次僅用光學方法來測量硅中的單個自旋。”西蒙斯說，像T中心這樣的發(fā)射元結合了高性能自旋量子比特和光學光子產生，是制造可擴展、分布式量子計算機的理想選擇，因為它們可以同時處理運算和通信，而不需要連接兩種分別用于運算和通信的不同的量子技術。

此外，T中心具有發(fā)射與當今城域網光纖通信和電信網絡設備相同波長的光的優(yōu)勢。

“有了T中心，就可以建造與其他處理器進行內在通信的量子處理器。”西蒙斯說，當硅量子比特可以通過在數據中心和光纖網絡中使用的同一波段發(fā)射光子（光）進行通信時，我們就可以獲得連接量子計算所需的數百萬個量子比特的優(yōu)勢。