采用不同波導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)更大、更快、更可靠的計(jì)算和信息處理

此次NIST研究人員與一個(gè)國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)一起設(shè)計(jì)的電路，允許顯著的時(shí)間延遲，因?yàn)樗�采用了不同長(zhǎng)度的波導(dǎo)，可以將光子存儲(chǔ)相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間段。例如，研究人員計(jì)算出，一個(gè)3米長(zhǎng)的波導(dǎo)（緊密盤繞，因此它在芯片上的直徑只有幾毫米）將有50%的概率在20納秒（十億分之一秒）的時(shí)間延遲下傳輸一個(gè)光子。相比之下，以前由其他團(tuán)隊(duì)開發(fā)的、在類似條件下運(yùn)行的設(shè)備，只能產(chǎn)生百分之一長(zhǎng)的時(shí)間延遲。

新電路實(shí)現(xiàn)的更長(zhǎng)的延遲時(shí)間對(duì)于來自一個(gè)或多個(gè)量子點(diǎn)的光子需要以相等的時(shí)間間隔到達(dá)一個(gè)特定位置的操作也很重要。此外，低損耗的量子點(diǎn)電路可以極大地增加芯片上可用于攜帶量子信息的單個(gè)光子的數(shù)量，從而實(shí)現(xiàn)更大、更快、更可靠的計(jì)算和信息處理系統(tǒng)。

激光照射在量子點(diǎn)上，觸發(fā)它們產(chǎn)生一系列單光子，穿過氮化硅波導(dǎo)。

該混合電路由兩個(gè)部件組成，每個(gè)部件最初都建在一個(gè)獨(dú)立的芯片上。其中一個(gè)是在NIST設(shè)計(jì)和制造的砷化鎵半導(dǎo)體器件，它承載著量子點(diǎn)，并直接將它們產(chǎn)生的單光子輸送到第二個(gè)器件：由加州大學(xué)圣芭芭拉分校開發(fā)的低損耗氮化硅波導(dǎo)。

為了將這兩個(gè)部件結(jié)合起來，麻省理工學(xué)院的研究人員首先使用一個(gè)拾取和放置微探針的細(xì)金屬尖端，就像一個(gè)微型撬棍，將砷化鎵裝置從NIST建造的芯片中撬出。然后他們把它放在另一塊芯片上的氮化硅電路上。

單光子源與超低損耗波導(dǎo)的整合，進(jìn)一步優(yōu)化策略，提升傳輸效率

研究人員在混合電路能夠被常規(guī)地應(yīng)用于光子設(shè)備之前面臨著幾個(gè)挑戰(zhàn)。目前，只有大約6%的由量子點(diǎn)產(chǎn)生的單個(gè)光子可以被輸送到電路中。然而，模擬表明，如果研究小組改變光子的漏斗角度，同時(shí)改進(jìn)量子點(diǎn)的定位和方向，該比率可以上升到80%以上。

不過，量子點(diǎn)并不總是以完全相同的波長(zhǎng)發(fā)射單個(gè)光子，這是創(chuàng)造量子計(jì)算操作所需的無差別光子的要求。該研究小組正在探索幾種策略，包括將一個(gè)恒定的電場(chǎng)施加到點(diǎn)上，這可能會(huì)緩解這個(gè)問題。

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