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台湾宾果官网:为潜在的量子计算机开发的单光子晶体管

美国研究人员在周四发表在“科学”杂志上的一项研究中证明了第一个使用半导体芯片的单光子晶体管。

根据这项研究,这些新型晶体管中大约有100万个可以装入一粒盐中,这种晶体很快,能够每秒处理100亿个光子量子位。

量子比特是量子计算机中使用的量子信息载体,它遵循量子物理学规定的规则。科学家可以使用多种量子粒子作为量子比特,甚至是构成光的光子。

光子可以快速地远距离传输信息,但制造由光触发的量子晶体管一直是一项挑战,因为它要求光子相互作用,这种情况通常不会自行发生。

由Edo Waks领导的马里兰大学(UMD)的研究人员开发出可以在光子之间执行量子门的晶体管。

根据计算机工程教授Waks的说法,在量子计算机上运行的软件将使用一系列此类操作来获得某些计算问题的指数加速。

根据该研究,光子芯片由半导体制成,其中有许多孔,使其看起来像蜂窝状。

进入芯片的光线反弹并被孔图案困住。称为量子点的小晶体位于光强度最强的区域内。

点可以存储有关光子进入设备的信息,并有效地利用该存储器来调解光子相互作用,这意味着一个光子的作用会影响后来到达芯片的其他光子。

“在单光子晶体管中,量子点存储器必须保持足够长的时间以与每个光子量子位相互作用,”该论文的主要作者,斯坦福大学博士后研究员孙硕说,他是研究时的UMD研究生。 。

研究人员研究了该装置如何响应通常只包含一个光子的微弱光脉冲。

在正常环境中,这种昏暗的灯光可能几乎没有记录。然而,在这个装置中,单个光子长时间被捕获,记录它在附近点的存在。

“这允许单个光子切换更大的光子流,这对我们的器件被视为晶体管至关重要,”Sun说。

该团队观察到,单个光子可以通过与点相互作用来控制第二个光脉冲通过器件的传输。

第一个光脉冲就像一把钥匙,打开第二个光子进入芯片的门。如果第一个脉冲不包含任何光子,则点会阻挡随后的光子通过。

这种行为类似于传统的晶体管,其中小电压控制电流通过其端子。

研究人员用单光子成功地取代了电压,并证明他们的量子晶体管可以在量子点的存储器耗尽之前切换包含大约30个光子的光脉冲。

Sun表示,通过实际工程改进,他们的方法可以将许多量子光晶体管连接在一起。

该团队希望这种快速,高度连接的设备最终能够生成处理大量光子量子比特的紧凑型量子计算机。

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