由英國布里斯托大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的國際研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明，光可用于實(shí)現(xiàn)多功能量子處理器。他們通過設(shè)計(jì)一種能夠引導(dǎo)單個光粒子的硅芯片來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。被稱為波導(dǎo)的軌道能夠引導(dǎo)硅中的光子，就像光纖一樣，以編碼“量子比特”這種所謂的量子比特信息。

這些波導(dǎo)的螺旋路徑用于產(chǎn)生光子（光的量子粒子），然后在處理器電路周圍布線以執(zhí)行不同的任務(wù)。這種小型器件可用作執(zhí)行各種量子信息實(shí)驗(yàn)的科學(xué)工具，同時展示如何通過大規(guī)模制造工藝設(shè)計(jì)功能齊全的量子計(jì)算機(jī)。

在今天的臺式計(jì)算機(jī)、超級計(jì)算機(jī)和智能手機(jī)中，“位”采用“1”或“0”的形式，這是目前使用的所有計(jì)算機(jī)所基于的基本構(gòu)建塊。而量子計(jì)算機(jī)基于“量子比特”，可以處于0和1狀態(tài)的疊加。多個量子比特也可以以稱為量子糾纏的特殊方式鏈接。這兩種量子物理特性為量子計(jì)算機(jī)提供了動力。

一個挑戰(zhàn)是制造可以重新編程以執(zhí)行不同任務(wù)的量子計(jì)算機(jī)處理器，就像我們今天的計(jì)算機(jī)可以重新編程以運(yùn)行不同的應(yīng)用程序一樣。

第二個挑戰(zhàn)是如何制造量子計(jì)算機(jī)，使其許多部件可以以非常高的質(zhì)量制造并最終以低成本制造。

布里斯托團(tuán)隊(duì)一直在使用硅光子芯片作為嘗試大規(guī)模構(gòu)建量子計(jì)算組件的一種方式，研究結(jié)果發(fā)表在《自然·光子》雜志上，證明可以在一個集成芯片內(nèi)完全控制兩個量子比特的信息。這意味著可以使用兩個量子位實(shí)現(xiàn)的任何任務(wù)都可以通過該器件進(jìn)行編程和實(shí)現(xiàn)。

文章第一作者Xiaogang Qiang博士在布里斯托大學(xué)攻讀博士學(xué)位期間完成了這項(xiàng)工作，現(xiàn)在在中國國防科技大學(xué)工作，他說：“我們演示的是一臺可編程的機(jī)器，可以做很多不同的任務(wù)。這是一個非常原始的處理器，因?yàn)樗贿m用于兩個量子比特，這意味著我們還有很長的路要走這項(xiàng)技術(shù)才能進(jìn)行有用的計(jì)算。令人興奮的是，目前已經(jīng)在一個器件中實(shí)現(xiàn)可以用于制造量子計(jì)算機(jī)的硅光子學(xué)的不同特性。”

以前的光學(xué)實(shí)現(xiàn)方法太復(fù)雜了。位于布里斯托大學(xué)量子工程技術(shù)（QET）實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)成員Jonathan Matthews博士補(bǔ)充說：“我們需要研究如何利用可擴(kuò)展的技術(shù)制造量子計(jì)算機(jī)。我們認(rèn)為硅片是一種很有前景的材料，部分原因在于已經(jīng)為微電子和光電子行業(yè)開發(fā)硅片的所有投資。而在布里斯托爾開發(fā)的器件類型，例如所提供的器件類型，展示了量子器件的設(shè)計(jì)能力。我們已使用這種器件的近100,000種不同的重新編程設(shè)置來實(shí)現(xiàn)幾種不同的量子信息實(shí)驗(yàn)?！?/span>