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基于量子物理定律的信息處理技術(shù)的發(fā)展，將對現(xiàn)代社會產(chǎn)生深遠的影響。例如，量子計算機可能掌握解決當今最強大的超級計算機無法解決的復(fù)雜問題的關(guān)鍵，而一個量子互聯(lián)網(wǎng)可能最終保護世界信息不受惡意攻擊。然而，這些技術(shù)都依賴于“量子信息”，這些信息通常被編碼在單個量子粒子中，很難控制和測量。
布里斯托爾大學的科學家們與丹麥技術(shù)大學(DTU)合作，成功地開發(fā)出了芯片級別的設(shè)備，這些設(shè)備能夠通過在可編程的納米級電路中產(chǎn)生和操縱光的單個粒子來駕馭量子物理的應(yīng)用。這些芯片能夠在電路內(nèi)部產(chǎn)生的光中對量子信息進行編碼，能夠高效、低噪聲地處理“量子信息”。這個演示可以顯著提高制造更復(fù)雜的量子電路的能力，而這些電路是量子計算和通信所需要的。
他們的研究成果發(fā)表在《自然物理》雜志上，并可在arXiv預(yù)印本服務(wù)器上免費獲得預(yù)印本。在一項突破性的實驗中，布里斯托爾大學量子工程技術(shù)實驗室(QET實驗室)的研究人員首次演示了兩個可編程芯片之間的信息量子隱形傳態(tài)，他們認為這是量子通信和量子計算的基石。
量子隱形傳態(tài)利用糾纏態(tài)將量子粒子從一個地方轉(zhuǎn)移到另一個地方。遠距傳態(tài)不僅對量子通信有用，而且是光量子計算的基本構(gòu)件。然而，在實驗室中建立兩個芯片之間的糾纏通信鏈路被證明是極具挑戰(zhàn)性的。布里斯托爾大學的合著者丹·盧埃林說：“我們能夠在實驗室中證明兩個芯片之間存在高質(zhì)量的糾纏關(guān)系，其中兩個芯片上的光子共享一個量子態(tài)。”
然后，每個芯片都被完全編程，以執(zhí)行利用纏結(jié)的一系列演示。最重要的演示是一個雙芯片隱形傳態(tài)實驗，在量子測量完成后，粒子的單個量子態(tài)被傳送到兩個芯片上。這種測量利用了量子物理的奇怪行為，它同時瓦解了糾纏環(huán)節(jié)，并將粒子狀態(tài)傳輸給已經(jīng)在接收芯片上的另一個粒子。
同樣來自布里斯托爾的伊馬德·法魯克博士補充道：“基于我們之前對芯片上高質(zhì)量單光子源的研究結(jié)果，我們已經(jīng)建立了一個包含四個源的更復(fù)雜的電路。”所有這些源都經(jīng)過測試，發(fā)現(xiàn)它們幾乎完全相同，發(fā)射出幾乎完全相同的光子，這是我們進行的一系列實驗的基本標準，比如糾纏交換。
結(jié)果顯示，極高保真度的量子隱形傳態(tài)率達到91%。此外，研究人員還展示了他們設(shè)計的其他一些重要功能，比如糾纏交換(量子中繼器和量子網(wǎng)絡(luò)需要)和四光子GHZ狀態(tài)(量子計算和量子互聯(lián)網(wǎng)需要)。丁云紅博士認為，低損耗、高穩(wěn)定性和良好的可控性對集成量子光子學非常重要。他說：“這項實驗之所以成為可能，是因為基于DTU高質(zhì)量制造技術(shù)的低損耗硅光子學技術(shù)處于最先進水平。”
