首次纠缠低能微波和高能光子对量子计算具有重要意义

科技日报记者 张梦然。首次

奥地利科技研究所、纠缠计算具维也纳科技大学和德国慕尼黑理工大学的低能对量研究人员在最新一期《科学》杂志上发表论文,称他们首次将低能微波与高能光学光子纠缠在一起。微波这种两个光子的和高纠缠量子态是通过室温链路连接超导量子计算机的基础,对扩展现有量子硬件、重意与其他量子计算平台连接、首次新量子增强遥感应用产生重大影响。纠缠计算具


在实验装置的低能对量艺术渲染中,光束光学光子(红色)进入并离开电光晶体,微波并在其圆形部分谐振,和高以及微波光子(蓝色)离开装置。重意
图片来源:科学网。首次

单个微波光子实际上是纠缠计算具处理器中超导量子比特之间的信息载体,不适用于处理器之间的低能对量室温环境。由于热量会破坏纠缠等量子特性,因此无法计算量子比特。有鉴于此,为了保持功能,量子计算机必须将量子比特与环境隔离,并将其冷却到非常低的真空温度。

对于超导量子比特,它们必须与小电流一起工作,这些电流以每秒100亿次左右的频率在电路中来回移动。它们利用微波光子(光粒子)相互作用。但问题是,即使是少量的热量也很容易干扰单个微波光子及其量子特性。

研究人员使用了一种特殊的光学设备:一种由非线性晶体制成的光学谐振器,它在存在电场时会改变其光学特性。超导腔容纳这种晶体,增强这种相互作用。

几分之一微秒内,他们使用激光将数十亿光学光子发送到电光晶体中。这样,光学光子分裂成一对新的纠缠光子:光学光子的能量只比原始光子少一点,而微波光子的能量要低得多。研究人员成功建造了更大的超导装置,不仅可以避免对超导的损坏,还可以帮助更有效地冷却设备,并在光学激光脉冲的短时间内保持低温。

研究人员表示,这一突破在于两个离开设备的光子-光学光子和微波光子相互纠缠。通过测量两个光子电磁场的量子涨落之间的相关性,他们证实了这种相关性强于经典物理学所能解释的。