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产生高质量的单光子量子计算

澳门太阳城最新网站的研究已经设计产生,在室温下,更高品质的光子可能是实用量子计算机,量子通信,以及其它的量子器件中有用的新的单光子发射器。

新的双腔设计发射多个单光子可以承载在室温下的量子信息。


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澳门太阳城最新网站的研究已经设计一种方法来生成,在室温下,多个单光子携带量子信息。设计,他们说,适用于实用量子计算机的发展前景。

量子发射器产生可以被检测一次一个光子。消费者量子计算机和设备可以潜在地利用这些光子量子位的某些特性(“量子位”)来执行计算。而传统计算机处理并且在任一0或1的位存储信息,量子位可以在0和1同时为。这意味着量子计算机有可能解决这个棘手的是经典计算机上的问题。

一个关键的挑战,但是,是生产单光子具有相同量子特性 - 被称为“不可区分”光子。改善不可分辨,发射器通过一个光学腔,其中所述光子来回反弹,这一过程有助于匹配他们的属性,以在空腔漏斗光。通常,较长的光子留在了腔,更加匹配。

但也有一个权衡。在大的腔,量子发射器产生光子自发,导致仅光子停留在空腔中的一小部分,使得该方法效率不高。较小空腔中提取的光子的比例较高,但光子的质量较低,或“可区分的”。

在一份文件中今天发表于 物理评论快报研究人员分成一个腔分成两队,每一个指定的任务。一个较小的腔室处理的光子的有效的提取,而一个附加的大的空腔将它们存储多一点的时间,以提高不可分辨。

相比于单腔,产生的研究人员的耦合腔的光子与95%左右不可分辨,相比80%的不可分辨,共有三次更高的效率。

“总之,二是比一个好,”第一作者hyeongrak“夹头”财,研究生电子(RLE)的澳门太阳城最新网站的研究实验室说。 “我们发现的是,在该架构中,我们可以分开的两个腔的作用:在第一腔仅仅集中在收集用于高效率的光子,而第二集中于不可分辨在单个通道中。一个腔扮演两个角色不能满足这两个指标,但两个腔达到两者同时进行。”

在纸张上加入财是:德克·英格伦,电气工程和计算机科学系的副教授,RLE的研究员,量子光子学实验室负责人;迪朱,一个研究生RLE;和梁耀燮润,研究生在化学系。

相对较新的量子发射器,被称为“单光子发射体,”是通过在否则纯材料中的缺陷,如钻石,掺杂的碳纳米管,或量子点创建。从这些“人造原子”产生的光通过在光子晶体一个微小的光学腔捕获 - 纳米结构作为反射镜。一些光子逃跑,但周围的人腔,迫使光子具有相同的量子特性反弹 - 主要是,各种频率特性。时,他们测得到匹配,它们通过波导离开空腔。

但单光子发射体也经历吨环境噪声,如晶格振动或电荷波动,即产生不同波长或相位。具有不同性质的光子不能被“干扰”,使得它们的波重叠,从而导致干涉图案。干扰模式基本上就是一台量子计算机观察和措施做的计算任务。

光子不可分辨是光子的潜在干扰的量度。以这种方式,它是模拟他们的实际量子计算使用一个有意义的衡量指标。 “甚至在光子的干扰,具有不可区分,我们可以指定光子干涉的能力,”崔说。 “如果我们知道的能力,我们可以计算出发生了什么事,如果他们正在使用它的量子技术,如量子计算机,通信,或中继器的情况发生。”

在研究人员的系统中,小腔坐在连接到发射器,其在他们的研究是一个钻石的光学缺陷,称为‘硅空位中心’ - 的硅原子在金刚石晶格代替两个碳原子。由缺陷产生的光被收集到所述第一腔体中。因为其光聚焦结构的,光子与非常高的速率进行萃取。然后,该纳腔通道光子转换成较大的第二模腔。在那里,光子反弹来回的一段时间。当它们达到一个高不可分辨,光子出口通过一个部分反射镜由腔连接到波导孔。

重要的是,彩说,既没有空腔具有以满足效率或不可区分传统空腔严格的设计要求,被称为“质量因子(Q因子)。”在光学腔中的能量损失的Q因子越高,越低。但随着高Q因素空腔技术挑战进行。

在研究中,研究人员的耦合腔产生更高质量的光子比任何可能的单腔系统。即使当它的Q因子是大约百分之一的单腔系统的质量,它们可以实现与三次更高的效率相同的不可分辨。

空腔可以被调谐以优化效率对不可区分 - 和考虑对Q因子的任何约束 - 取决于应用。这很重要,财补充说,因为今天是在室温下操作发射器可以在质量和性能有很大不同。

接下来,研究人员正在测试多个腔的终极理论极限。一个更腔将仍然有效地处理最初的提取,但随后将被链接到多个腔体,对于各种尺寸的光子来实现一些最佳不可分辨。但最有可能是一个限制,崔老师说:“有两个腔,只有一个连接,因此它可以是有效的。但如果有多个空腔,多个连接可以使效率低下。我们现在研究的腔体在量子计算使用基本的限制“​​。


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