為量子信息處理創建的多用途硅芯片

這種小型設備可用作執行各種量子信息實驗的科學工具，同時展示如何通過大規模制造工藝設計功能齊全的量子計算機。

他們通過設計一種能夠引導單個光粒子的硅芯片來實現這一目標，稱為波導的光學軌道中稱為光子，以編碼稱為“量子比特”的所謂量子比特信息。

國際上正在努力開發量子計算機作為計算能力的下一步，增加計算機可以為我們解決的任務類型。

在今天的臺式計算機，超級計算機和智能手機中，位采用“1”或“0”的形式，它們是當前社會中使用的所有計算機所基于的基本構建塊。

量子計算機基于“量子比特”，可以處于0和1狀態的疊加。多個量子比特也可以以稱為量子糾纏的特殊方式鏈接。這兩種量子物理特性為量子計算機提供了動力。

一個挑戰是制造可以重新編程以執行不同任務的量子計算機處理器，就像我們今天的計算機可以重新編程以運行不同的應用程序一樣。

第二個挑戰是如何制造量子計算機，使其許多部件可以以非常高的質量制造并最終以低成本制造。

布里斯托爾團隊一直在使用硅光子芯片作為嘗試大規模構建量子計算組件的一種方式，今天的結果發表在Nature Photonics雜志 上，證明可以在一個集成芯片內完全控制兩個量子比特的信息。 。這意味著可以使用兩個量子位實現的任何任務都可以通過設備進行編程和實現。

主要作者，小剛強博士，在布里斯托大學攻讀博士學位期間從事這項工作，現在在中國國防科技大學工作，他說：“我們所展示的是一臺可編程機器，可以做很多不同的任務。

“這是一個非常原始的處理器，因為它只適用于兩個量子比特，這意味著我們還有很長的路要走，才能用這種技術進行有用的計算。

“但令人興奮的是，可以用于制造量子計算機的硅光子學的不同特性已經在一個設備中組合在一起。

“使用以前的方法用光進行物理實施太復雜了。”

集成光子學的努力始于2008年，這是對個人鏡子和光學元件過于龐大和不穩定的關注，以實現量子計算機的大型復雜電路。

位于布里斯托大學量子工程技術(QET)實驗室的研究團隊成員 Jonathan Matthews博士補充道：“我們需要研究如何利用可擴展的技術制造量子計算機，其中包括技術我們所知道的可以非常精確地構建。

“我們認為硅是一種很有前景的材料，部分原因在于已經為微電子和光電子行業開發硅的所有投資。布里斯托爾開發的設備類型，如今天展出的設備類型，正在展示量子設備的設計能力。

“這些設備日益復雜和功能的結果是它們本身正在成為一種研究工具 - 我們使用這種設備使用近100,000種不同的重新編程設置來實現幾種不同的量子信息實驗。”