漸進的な量子飛躍 - 高

2023 年 5 月 24 日の特集

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Thamarasee Jeewandara、Phys.org 著

スケーラブルなフォトニック量子コンピューティング アーキテクチャにはフォトニック処理デバイスが必要です。 このようなプラットフォームは、低損失、高速、再構成可能な回路と、ほぼ決定的なリソース状態ジェネレーターに依存しています。 Science Advances に掲載された新しいレポートの中で、Patrik Sund 氏とコペンハーゲン大学、ミュンスター大学のハイブリッド量子ネットワーク中心の研究チームは、薄膜ニオブ酸リチウムを使用した統合フォトニックプラットフォームを開発しました。 科学者らは、ナノフォトニック導波路内の量子ドットを使用して、プラットフォームを決定論的な固体単一光子源と統合しました。

彼らは、生成された光子を低損失回路内で数ギガヘルツの速度で処理し、さまざまな重要な光量子情報処理機能を高速回路上で実験的に実現しました。 4 モードユニバーサルフォトニック回路を開発するための固有の重要な機能を備えています。 この結果は、集積フォトニクスと固体の決定論的光子源を融合することによる、スケーラブルな量子技術の開発における有望な方向性を示している。

量子テクノロジーは過去数年間で徐々に進歩し、量子ハードウェアが従来のスーパーコンピューターの機能と競合し、それを超えることができるようになりました。 しかし、さまざまな実用化に向けて量子システムを大規模に制御し、フォールトトレラントな量子技術を形成することは困難です。

フォトニクスは、量子コンピューティングおよびシミュレーション実験用の複数の量子デバイスおよびフォトニック回路にわたる相互接続を備えた長距離量子ネットワーク用のスケーラブルな量子ハードウェアを解放する有望なプラットフォームを提供します。 高品質のフォトニック状態と高速で低損失のプログラマブル回路は、アプリケーションのルーティングと処理を行うためのフォトニック量子テクノロジーの中心的なアイデアの基礎となっています。 研究者らは最近、オンデマンドの単一光子源を実現するための、ほぼ理想的な高効率の区別不可能な光子の源として、量子ドットなどの固体量子エミッタを開発した。

この研究において、Sundらは、集積回路を形成するための強力な電気光学特性、高い透明性、高い屈折率コントラストを備えた有望なプラットフォームとして、シリカ絶縁基板上に接合された単結晶ニオブ酸リチウム薄膜に焦点を当てた。 材料の透明度範囲はさまざまであるため、極低温で機能する互換性を備え、さまざまな固体量子エミッターとの機能に適しています。

この研究でチームは、単一光子レベルでの量子情報処理のための絶縁体回路上のマルチモードニオブ酸リチウムの開発について初めて説明した。 彼らは、量子ドット単一光子源から放出される光の量子状態の機能を調整し、促進する回路を使用することによってこれを達成した。 研究チームは、導波路集積量子ドット源から放出される単一光子をニオブ酸リチウム光回路に注入し、再構成可能なユニバーサルユニタリー回路上の多光子干渉など、光量子情報処理の基礎となる重要な機能を示した。

Sundらは、絶縁体導波路上でシングルモードニオブ酸リチウムを実現するために使用される形状を図解した。 彼らは、電子ビームリソグラフィーとアルゴンエッチングにより、シリカ・オン・シリコン基板上に接合されたニオブ酸リチウム膜上に光回路をリブ導波路として実装した。