基于硅纳米电子学的芯片级偏振-结构动量量子 SWAP 门

发布时间：2023-08-26 14:23:35 所属栏目：外闻来源：

导读：特别是近几十年来，量子计算发展取得了显著的跨越性进展，并在不同的物理超级计算机平台上不间断地实现了令人印象深刻的量子优越性。光子作为量子比特，具有抗干扰、易操控等优势，光子通道能够在远距离的网络节点之

特别是近几十年来，量子计算发展取得了显著的跨越性进展，并在不同的物理超级计算机平台上不间断地实现了令人印象深刻的量子优越性。光子作为量子比特，具有抗干扰、易操控等优势，光子通道能够在远距离的网络节点之间建立低损耗、长距离的量子链路。此外，光子在多个自由度中具有明确定义的希尔伯特空间，使其适合与不同光子平台进行互联。近年来发展的集成光子学平台为光量子系统的大规模扩展提供了新途径，有利于实现互联量子系统和分布式量子计算。通用量子计算需要单比特门和双比特门操作，而后者通常是概率性的，其资源开销随着量子门的数量呈指数级增加。构建高质量的量子门、降低量子门操作的资源开销以及实现多自由度之间的高效量子互联等仍然构建量子网络的关键问题。

近日，加州大学洛杉矶分校、哥伦比亚大学、南京大学、土耳其中东科技大学、新加坡微电子研究院、中国科学院上海微系统与信息技术研究所、新加坡先进微晶圆厂、麻省理工学院的合作团队，实现了首个偏振与空间动量自由度之间的硅基片上量子SWAP门。合作团队研究开发了多层级硅基光量子芯片，制备了高精度的级联量子逻辑门，实现了确定性的高保真量子SWAP操作，并以此验证了芯片系统间的多自由度光量子互联，提供新的集合了多个领域技术的解决方案，以建立高效且可扩展的量子信息技术基础。相关成果于2023年6月15日以“基于硅纳米光子学的芯片级偏振-空间动量量子 SWAP 门”（A chip-scale polarization-spatial-momentum quantum SWAP gate in silicon nanophotonics）为题，发表于Nature Photonics。

在本项研究工作中，研究团队基于互补金属氧化物半导体（CMOS）制造技术研发了多层级联的片上量子比特逻辑门，在单光子水平上实现偏振量子比特与空间动量量子比特之间的高质量确定性纠缠置换；全面地表征了该片上量子SWAP门对单双量子比特的操控，并验证了量子相干性。此外，利用片上量子SWAP门的相干可逆转换，实现了在两个光子芯片系统之间不同自由度的光量子互联。该硅基片上SWAP门为芯片尺度的确认性量子数据处理开辟了途径，并为互联量子管理系统提供了一个光量子连接。

（编辑：汽车网）

【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容!