耶鲁工程师在芯片上设计量子技术

时间：2021-10-28 09:58:00来源：

耶鲁工程学院的工程师和应用科学已经设计了纳米制造的过程，以创建包含量子信息处理器所需的所有组件的硅芯片。

量子技术的潜在益处是巨大的。从理论上讲，它可以在几秒钟内完成某些任务 - 类似于复杂化学过程的模拟或通过大量数据进行搜索 - 这需要多年的技术。

但是，将其放入执行，并不是那么容易。对于一个，Quantum系统，如单个原子或单个光子，非常细腻，可以通过各种环境影响 - 电，磁性和热量抛出。因此，重要的是保护系统免受环境。但同时，需要控制。这可以在非常小的范围内完成，但是，许多因素 - 费用和所需的技术量 - 例如，难以一次控制许多量子系统。

在解决这一点的步骤中，Hong Tang教授的实验室设计了一种纳米制造过程，以创建包含量子信息处理器所需的所有组件的硅芯片。他们的结果今天在自然通信中发表。

“我们可以通过复制我们的设计数百或数千次，无需额外的努力或成本来轻松地制作很多这些纳米纳图，”Carsten Schuck，博士后研究人员和纸张的领先作者表示。“它类似于半导体行业的人，他们开发了制造数十亿晶体管的技术。”

可伸缩量子信息处理器的两个基本要求是量子干扰（其中一个光子能够在时间超过一个地方 - 穿过其自己的路径）和单光子检测器。研究人员设计的芯片包含一个纳米光波导，可以将光线指导到芯片上需要的小空间和任何地方。它还具有定向耦合器，可以将光束分成两个相同的光束，或者相反地将两个光束组合成一个输出。Schuck将其系统与最先进的实验设置进行比较，由数百个庞大的光学元件组成，以控制量子系统。

“在我们使用一款微小的硅芯片，您曾经需要一个充满设备的整个房间来控制量子系统，”他说。“如果你想操纵另一个量子系统，你需要另一个房间和钱再买所有设备。但是如果我想操纵另一个光子，我将一个额外的电路放在同一个方形 - 厘米芯片上，在纳米制造期间需要几秒钟。“

通过这项研究，Schuck表示，研究团队最终应最终实现可编程光学量子处理器，可以运行量子算法。然后，硅芯片的纳米制备程序的可扩展性将允许它们解决古典计算机难以解决问题。他补充说，相同的技术也可能对其他应用程序有用，例如构建极其敏感的传感器或安全通信设备。

出版物：C. Schuck等，“硅芯片上异构超导光电电路的量子干扰”，“自然通信7，物品编号：10352; DOI：10.1038 / ncomms10352