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苏州市科学本领局,首回突显了光子路由器

时间:2019-05-24 23:40来源:乐百家lo622
加拿大物理学家在利用纯光打造量子计算机基础元件逻辑门的研究工作中取得进展,成功通过单光子对其他光束施加影响。相关论文发表在最新一期《自然物理学》上。逻辑门对输入数

加拿大物理学家在利用纯光打造量子计算机基础元件逻辑门的研究工作中取得进展,成功通过单光子对其他光束施加影响。相关论文发表在最新一期《自然物理学》上。 逻辑门对输入数据进行运算创建新的输出。在传统计算机中,逻辑门采用二极管或晶体管的形式。但量子计算机组件由单个原子和亚原子粒子制成。根据量子理论,信息处理将通过粒子之间的相互作用完成。 光子在量子计算中具有很多优点,但要让其以有用的方式彼此作用却是个老大难问题。多伦多大学的最新研究成果则展示了如何创建这样的交互作用。 多伦多大学量子信息和量子计算中心研究员、加拿大先进技术研究院资深研究员埃弗赖姆斯坦伯格表示,新研究展现了单光子对另外光束的影响。光束在一般情况下可互不影响地彼此穿过,要打造光量子计算机,光束就必须相互交谈,但之前还没有使用单光子实现过。 研究人员首先将一个单光子打在已冷却到高于绝对零度百万分之一度的铷原子上。光子于是和原子发生纠缠,影响铷原子与一道单独光束相互作用的方式。光子改变了原子的折射率,从而引起光束发生很小但又可测量的相移。 这一过程可用作全光量子逻辑门,实现输入、信息处理和输出。斯坦伯格表示,量子逻辑门是该项研究进展最显著的应用,能够观察到这些相互作用使光学研究领域又翻开了新的一页。

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设备的核心是一个可以在两种状态之间切换的原子。仅通过光纤从右侧或左侧发送单个粒子的光或光子来设置状态。作为响应,原子然后相应地反射或传输下一个入射光子。例如,在一种状态下,来自右侧的光子在其通向左侧的路径上继续,而来自左侧的光子向后反射,导致原子态翻转。在这种反转状态下,原子让来自左边的光子继续沿同一方向,而来自右边的任何光子都向后反射,再次将原子状态翻转回来。这种基于原子的开关仅由单光子操作

加拿大物理学家在利用纯光打造量子计算机基础元件——逻辑门的研究工作中取得进展,成功通过单光子对其他光束施加影响。相关论文发表在最新一期《自然·物理学》上。

  • 无需额外的外部场。

逻辑门对输入数据进行运算创建新的输出。在传统计算机中,逻辑门采用二极管或晶体管的形式。但量子计算机组件由单个原子和亚原子粒子制成。根据量子理论,信息处理将通过粒子之间的相互作用完成。

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光子在量子计算中具有很多优点,但要让其以有用的方式彼此作用却是个老大难问题。多伦多大学的最新研究成果则展示了如何创建这样的交互作用。

“从某种意义上说,该器件作为电子晶体管的光子等效物,可以切换电流以响应其他电流,”魏茨曼研究所量子光学组负责人巴拉克大雁博士说,包括伊塔什莫罗尼,谢尔盖罗森布鲁姆, 尤利亚洛夫斯基,加布里埃尔·古登德曼,化学系化学物理系。光子不仅是包含信息流的单元,还包括控制设备的单元。

多伦多大学量子信息和量子计算中心研究员、加拿大先进技术研究院资深研究员埃弗赖姆·斯坦伯格表示,新研究展现了单光子对另外光束的影响。光束在一般情况下可互不影响地彼此穿过,要打造光量子计算机,光束就必须相互“交谈”,但之前还没有使用单光子实现过。

通过结合两种最先进的技术,这一成就成为可能。一个是激光冷却和原子捕获。另一种是制造基于芯片的超高质量微型光学谐振器,它们直接耦合到光纤。位于魏茨曼研究所的达扬实验室是世界上少数掌握这两种技术的实验室之一。

研究人员首先将一个单光子打在已冷却到高于绝对零度百万分之一度的铷原子上。光子于是和原子发生“纠缠”,影响铷原子与一道单独光束相互作用的方式。光子改变了原子的折射率,从而引起光束发生很小但又可测量的“相移”。

开发量子计算机的主要动机是叠加的量子现象,其中粒子可以同时存在于许多状态,可能能够并行处理大量数据。然而,叠加只能在没有观察或测量系统的情况下持续,否则它会崩溃到单个状态。因此,光子是量子系统之间最有希望的通信候选者,因为它们根本不相互作用,并且与其他粒子的相互作用很弱。

这一过程可用作全光量子逻辑门,实现输入、信息处理和输出。斯坦伯格表示,量子逻辑门是该项研究进展最显著的应用,能够观察到这些相互作用使光学研究领域又翻开了新的一页。

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达扬:“构建量子计算机的道路仍然很长,但我们构建的设备展示了一个简单而强大的系统,该系统应适用于此类计算机的任何未来架构。在目前的演示中,单个原子用作光子的晶体管

  • 或双向开关 - 但在我们未来的实验中,我们希望扩展仅适用于光子的器件类型,例如新型量子存储器或逻辑门。“

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