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意外发现量子光子学能温控5G标准 量子计算都有大用!

发布时间:2019-07-31 05:35 来源:未知 编辑:admin

  一个不少于128个可调谐元件的光子芯片,被证明是一个真正的计算机“翘楚”,具有多种应用。在使用这种光子芯片测量波长的研究中,特恩特大学Caterina Taballione偶然发现了另一种应用——通过向系统发送单个光子而不是连续光,光学组件也可以执行量子操作,同样的芯片可以作为光子量子处理器。在芯片上操纵光现在已经可以达到非常高级的水平,特别是使用材料的组合。

  研究人员可以用氮化硅制造损耗极低的光波导,或者用磷化铟制造窄激光光源。Caterina Taballione在研究论文中展示的芯片包含了许多组件,这些组件可以分割或组合来自不同通道的光,类似于一个铁路堆场。它也有环形谐振器,可以作为滤波器。优势在于它的组件可以从外部控制,使得芯片具有灵活性和可编程性,在量子光子学中也有应用。

  这些部件是通过温度来控制的,该芯片有许多所谓的马赫-曾德尔干涉仪,可以将光从一个光传导通道分裂成两个光波导。在两个通道重新连接之前,可以通过施加温度变化来控制其中一个通道。结果是来自两个通道的信号并不相同:它们有不同的相位,环形元件也可以进行温度控制。通过这种方法,Taballione能够提供一种非常精确测量光波长的方法。

  为此,她将温度控制与人工神经网络相结合,该系统具有高度可重构性。这使得它适用于即将到来的5G移动标准。在这个标准中,无线信号必须非常精确地从基站定向到用户。计算天线的最佳组合,称为“波束形成”,通常是一项新芯片可以快速完成的任务,具有很高的能源效率。

  这些都是展示光子芯片潜力的强大应用。但是在输入端单独检测单个光子而不是连续光源的情况下呢?在这种情况下,这些成分支持典型的量子效应,如聚结、纠缠和叠加。在输出端检测到的光子是利用组件温度控制进行量子处理的结果。虽然单个光子光源和探测器通常在低温下工作,但量子处理器本身在室温下工作,因此,使用光子进行量子计算比使用量子位元更有优势。

  量子位元只能在非常低的温度下工作,这使得芯片成为一个强大的量子实验平台,从而组件的数量、特别是当输入和输出的数量进一步扩大。包括单光子光源和探测器也将使系统更强大。因此,参与其中的德克萨斯大学科学家成立了一家新公司,让其他科学家和研发部门可以广泛使用这种芯片。

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