以最小的損耗傳輸和操縱最小光單位（光子）的能力在光通信以及量子計算機的設(shè)計中起著關(guān)鍵作用，量子計算機將使用光而不是電荷來存儲和攜帶信息。

現(xiàn)在，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）的研究人員和他們的同事已經(jīng)將量子點單光子源（量子點是一種人造原子，當(dāng)被激光照射時迅速和按需產(chǎn)生單個光子），與能夠引導(dǎo)光而不產(chǎn)生明顯強度損失的微型電路連接在一個微芯片上。

未來版本的新光子電路將采用低損耗的波導(dǎo)（單光子通過的通道）長達(dá)3米，但緊緊盤繞在芯片上。長波導(dǎo)將使研究人員能夠更精確地選擇光子離開不同通道在特定位置會合的時間間隔（Δt）。

以最小的損失傳輸和操縱最小的光單位光子的能力在光通信以及量子計算機的設(shè)計中起著關(guān)鍵的作用，量子計算機將使用光而不是電荷來存儲和攜帶信息。

為了創(chuàng)建超低損耗電路，研究人員制作了硅氮化物波導(dǎo)：光子通過的通道，并將其埋入二氧化硅中。這些通道很寬但很淺，這種幾何形狀減少了光子散落出波導(dǎo)的可能性。將波導(dǎo)封裝在二氧化硅中也有助于減少散射。科學(xué)家們報告說，他們的原型電路的強度損失僅相當(dāng)于其他團(tuán)隊制造的類似電路的百分之一。

最終，采用這種新的芯片技術(shù)的設(shè)備可以利用量子力學(xué)的奇怪特性，完成經(jīng)典（非量子）電路可能無法做到的復(fù)雜計算。這究竟是如何實現(xiàn)的呢？

根據(jù)量子力學(xué)定律，一個光子有概率同時停留在兩個不同的地方，如兩個不同的波導(dǎo)。這些概率可以用來存儲信息；單個光子可以作為一個量子比特，它攜帶的信息比經(jīng)典計算機的二進(jìn)制比特要多得多，后者只限于0或1的值。

為了執(zhí)行解決計算問題所需的操作，這些光量子比特必須同時到達(dá)電路中的特定處理節(jié)點。這構(gòu)成了一個挑戰(zhàn)：因為來自不同地點的光子沿著不同的波導(dǎo)在電路中旅行，與處理點的距離可能大不相同。為了確保同時到達(dá)，離指定目的地較近的光子必須延遲它們的旅程，讓那些位于較遠(yuǎn)的波導(dǎo)中的光子先行一步。

上圖顯示了在一個芯片上創(chuàng)建新的超低損耗光子電路的一些步驟。一個微探針從一個芯片上抬起一個含有量子點的砷化鎵裝置。然后，探針將量子點裝置放在另一塊芯片上的低損耗氮化銀波導(dǎo)上。