점진적인 양자 도약—높음

2023년 5월 24일 특집

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작성자: Thamarasee Jeewandara, Phys.org

확장 가능한 광자 양자 컴퓨팅 아키텍처에는 광자 처리 장치가 필요합니다. 이러한 플랫폼은 저손실, 고속, 재구성 가능한 회로와 거의 결정론적인 리소스 상태 생성기에 의존합니다. 현재 사이언스 어드밴스(Science Advances)에 발표된 새로운 보고서에서 패트릭 선드(Patrik Sund)와 코펜하겐 대학교 하이브리드 양자 네트워크 센터의 연구팀, 뮌스터 대학교는 박막 리튬 니오베이트를 사용한 통합 광자 플랫폼을 개발했습니다. 과학자들은 나노포토닉 도파관의 양자점을 사용하여 결정론적 고체 단일 광자 소스와 플랫폼을 통합했습니다.

그들은 저손실 회로 내에서 생성된 광자를 수 기가헤르츠의 속도로 처리하고 고속 회로에서 다양한 주요 광자 양자 정보 처리 기능을 실험적으로 실현했습니다. 4모드 범용 광자 회로를 개발하기 위한 고유한 핵심 기능을 갖추고 있습니다. 결과는 통합 포토닉스와 고체 결정론적 광자 소스를 병합함으로써 확장 가능한 양자 기술 개발의 유망한 방향을 보여줍니다.

양자 기술은 지난 몇 년 동안 점진적으로 발전하여 양자 하드웨어가 기존 슈퍼컴퓨터의 기능과 경쟁하고 능가할 수 있게 되었습니다. 그러나 다양한 실제 적용을 위해 규모에 맞게 양자 시스템을 규제하고 내결함성 양자 기술을 형성하는 것은 어렵습니다.

포토닉스는 양자 컴퓨팅 및 시뮬레이션 실험을 위해 여러 양자 장치 및 광자 회로 전반에 걸쳐 상호 연결을 통해 장거리 양자 네트워크를 위한 확장 가능한 양자 하드웨어를 잠금 해제할 수 있는 유망한 플랫폼을 제공합니다. 고품질 광자 상태와 빠르고 저손실 프로그래밍 가능 회로는 응용 프로그램을 라우팅하고 처리하는 광자 양자 기술의 핵심 아이디어의 기초가 됩니다. 연구자들은 최근 주문형 단일 광자 소스를 실현하기 위해 구별할 수 없는 광자의 거의 이상적인 고효율 소스로서 양자점과 같은 고체 양자 방출기를 개발했습니다.

이 연구에서 Sund와 동료들은 집적 회로를 형성하기 위한 강력한 전기 광학 특성, 높은 투명성 및 높은 굴절률 대비로 인해 유망한 플랫폼으로 실리카 절연 기판에 결합된 단결정 니오브산 리튬 박막에 중점을 두었습니다. 재료의 투명도 범위가 다양하기 때문에 극저온에서 기능할 수 있는 호환성과 함께 다양한 고체 양자 방출체와 함께 기능하는 데 매우 적합했습니다.

이 연구에서 팀은 단일 광자 수준에서 양자 정보 처리를 위한 절연체 회로의 다중 모드 니오브산 리튬 개발을 처음으로 설명했습니다. 그들은 양자점 단일 광자 소스에서 방출되는 빛의 양자 상태 기능을 조절하고 촉진하는 회로를 사용하여 이를 달성했습니다. 연구팀은 재구성 가능한 범용 단일 회로의 다광자 간섭과 같은 광자 양자 정보 처리의 기본 기능을 보여주기 위해 도파관 통합 양자점 소스에서 방출된 단일 광자를 니오브산 리튬 광학 회로에 주입했습니다.

Sund와 동료들은 절연체 도파관에서 단일 모드 니오브산 리튬을 구현하는 데 사용되는 기하학적 구조를 설명했습니다. 그들은 실리카-온-실리콘 기판에 결합된 니오브산리튬 필름에 전자빔 리소그래피와 아르곤 에칭을 통해 리브 도파관으로 광학 회로를 구현했습니다.