光子芯片电路可应用于量子计算

采用不同波导，实现更大、更快、更可靠的计算和信息处理

此次NIST研究人员与一个国际合作团队一起设计的电路，允许显著的时间延迟，因为它采用了不同长度的波导，可以将光子存储相对较长的时间段。例如，研究人员计算出，一个3米长的波导（紧密盘绕，因此它在芯片上的直径只有几毫米）将有50%的概率在20纳秒（十亿分之一秒）的时间延迟下传输一个光子。相比之下，以前由其他团队开发的、在类似条件下运行的设备，只能产生百分之一长的时间延迟。

新电路实现的更长的延迟时间对于来自一个或多个量子点的光子需要以相等的时间间隔到达一个特定位置的操作也很重要。此外，低损耗的量子点电路可以极大地增加芯片上可用于携带量子信息的单个光子的数量，从而实现更大、更快、更可靠的计算和信息处理系统。

激光照射在量子点上，触发它们产生一系列单光子，穿过氮化硅波导。

该混合电路由两个部件组成，每个部件最初都建在一个独立的芯片上。其中一个是在NIST设计和制造的砷化镓半导体器件，它承载着量子点，并直接将它们产生的单光子输送到第二个器件：由加州大学圣芭芭拉分校开发的低损耗氮化硅波导。

为了将这两个部件结合起来，麻省理工学院的研究人员首先使用一个拾取和放置微探针的细金属尖端，就像一个微型撬棍，将砷化镓装置从NIST建造的芯片中撬出。然后他们把它放在另一块芯片上的氮化硅电路上。

单光子源与超低损耗波导的整合，进一步优化策略，提升传输效率

研究人员在混合电路能够被常规地应用于光子设备之前面临着几个挑战。目前，只有大约6%的由量子点产生的单个光子可以被输送到电路中。然而，模拟表明，如果研究小组改变光子的漏斗角度，同时改进量子点的定位和方向，该比率可以上升到80%以上。

不过，量子点并不总是以完全相同的波长发射单个光子，这是创造量子计算操作所需的无差别光子的要求。该研究小组正在探索几种策略，包括将一个恒定的电场施加到点上，这可能会缓解这个问题。

相关链接：https://phys.org/news/2023-01-chip-circuit-quantum.html