科学家们首次展示了一种完全集成在芯片上的纠缠量子光源

　　 用于产生纠缠光子的芯片集成量子光源的艺术插图。资料来源：拉克蒂姆·哈尔达尔/迈克尔·库斯来自汉诺威莱布尼茨大学（德国）、特温特大学（荷兰）和初创公司QuiX Quantum的国际研究团队首次展示了一种完全集成在芯片上的纠缠量子光源。研究结果发表在《自然光子学》杂志上。

　　“我们的突破使我们能够将源尺寸缩小 1，000 多倍，从而实现可重复性、更长时间的稳定性、规模化和潜在的大规模生产。所有这些特性都是量子处理器等实际应用所必需的，“汉诺威莱布尼茨大学光子学研究所所长兼卓越集群PhoenixD董事会成员Michael Kues教授博士说。

　　量子比特（qubits）是量子计算机和量子互联网的基本构建块。量子光源产生可用作量子比特的光量子（光子）。片上光子学已成为处理光量子态的领先平台，因为它紧凑、鲁棒，并允许在单个芯片上容纳和排列许多元素。在这里，光通过极其紧凑的结构引导到芯片上，这些结构用于构建光子量子计算系统。这些今天已经可以通过云访问。可扩展的实施，它们可以解决传统计算机由于其有限的计算能力而无法访问的任务。这种优势被称为量子优势。

　　整个量子光源安装在比一欧元硬币还小的芯片上。研究人员通过使用一种新颖的“混合技术”将光源的尺寸减小了1000多倍，该技术将磷化铟制成的激光器和氮化硅制成的过滤器结合在一个芯片上。新光源高效稳定，可以找到驱动量子计算机或量子互联网的应用。资料来源：光子学研究所/LUH“到目前为止，量子光源需要外部、片外和笨重的激光系统，这限制了它们在该领域的使用。然而，我们通过新颖的芯片设计和利用不同的集成平台来克服这些挑战，“Kues团队的博士生Hatam Mahmudlu说。他们的新开发是一种电激发，激光集成的光子量子光源，完全适合芯片，可以发射频率纠缠的量子比特状态

　　“量子比特非常容易受到噪声的影响。芯片必须由激光场驱动，完全没有噪声，需要片上滤波器。以前，在同一芯片上集成激光器，滤波器和腔体是一项重大挑战，因为没有独特的材料可以有效地构建这些不同的组件，“Kues小组的洪堡研究员Raktim Haldar博士说。

　　关键是“混合技术”，它将磷化铟制成的激光器、过滤器和氮化硅制成的腔体组合在一起，并将它们组合成一个芯片。在芯片上，在自发的非线性过程中，从激光场产生两个光子。每个光子同时跨越一系列颜色，这称为“叠加”，并且两个光子的颜色是相关的，即光子纠缠在一起并且可以存储量子信息。“我们实现了量子计算机或量子互联网应用所需的显着效率和状态质量，”Kues说。

　　 他们开发了新的集成量子光源（左起）：汉诺威莱布尼茨大学光子学研究所所长兼卓越集群PhoenixD董事会成员Michael Kues教授，博士生Hatam Mahmudlu和Humboldt研究员Raktim Haldar博士。资料来源：索尼娅·斯马利安/凤凰城D“现在我们可以将激光器与其他组件集成在一个芯片上，这样整个量子源就比一欧元的硬币还小。我们的微型设备可以被认为是在具有光子的芯片上迈向量子优势的一步。与目前在低温系统中使用超冷量子比特的谷歌不同，即使在室温下，这种光子系统也可以在芯片上实现量子优势，“Haldar说。

　　科学家们还希望他们的发现有助于降低应用程序的生产成本。“我们可以想象，我们的量子光源将很快成为可编程光子量子处理器的基本组成部分，”Kues说。

　　Michael Kues教授是德国汉诺威莱布尼茨大学光子学研究所所长，也是PhoenixD卓越集群的董事会成员：光子学，光学和工程 - 跨学科创新。

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