传输量子信息以实现高速信息处理的进展

发布时间：2024-02-22 17:01:10 栏目：精选知识

导读 ​量子电子学与传统电子学有很大不同。后者的内存以二进制数字的形式存储，而前者以量子位的形式存储——量子位可以采取多种形式，例如被称...

​量子电子学与传统电子学有很大不同。后者的内存以二进制数字的形式存储，而前者以量子位的形式存储——量子位可以采取多种形式，例如被称为量子点的纳米结构中捕获的电子。然而，将这些信息传输到比相邻量子点更远的地方所面临的挑战限制了量子位的设计。



现在，在最近发表在《物理评论快报》上的一项研究中，东京大学工业科学研究所的研究人员正在解决这个问题：他们开发了一种新技术，可以在几十到一百微米的范围内传输量子信息。这一进步可以改善即将到来的量子电子学的功能。

研究人员如何在同一个量子计算机上将量子信息从一个量子点传输到另一个量子点?一种方法可能是将电子(物质)信息转换为光(电磁波)信息：通过生成光-物质混合态。以前的工作与量子信息处理的单电子需求不相容。以设计更灵活且与当前可用的半导体制造工具兼容的方式改进高速量子信息传输是该研究团队的研究目标。

“在我们的工作中，我们将量子点中的一些电子耦合到称为太赫兹裂环谐振器的电路，”该研究的主要作者 Kazuyuki Kuroyama 解释道。“设计简单，适合大规模集成。”

之前的工作基于将谐振器与数千到数万个电子的集合耦合。事实上，耦合强度是基于该系综的大尺寸。相比之下，本系统仅限制少量电子，适合量子信息处理。然而，电子和太赫兹电磁波都被限制在超小的区域内。因此，耦合强度与多电子系统的耦合强度相当。

“我们很兴奋，因为我们使用先进纳米技术中广泛使用的结构，并且通常集成到半导体制造中，来帮助解决实际的量子信息传输问题，”资深作者 Kazuhiko Hirakawa 说。“我们也期待将我们的发现应用于理解光电子耦合态的基础物理。”

这项工作是解决先前令人烦恼的量子信息传输问题的重要一步，该问题限制了实验室研究结果的应用。此外，这种光与物质的相互转换被认为是基于半导体量子点的大规模量子计算机的基本架构之一。由于研究人员的结果基于半导体制造中常见的材料和程序，因此实际实施应该很简单。