量子光子学新冲破

量子通讯和计算是未来重要的解决方法之一。然而，要实现这一点，还需要持续开发强大的新型量子光电路，研发能够安全地处理每天生成大量信息的电路。南加州大学莫克家族化学工程和材料科学系的研究人员在这方面取得了突破。他们采用了世界上第一个光子量子光学电路的方法，这也预示着安全通信和量子计算的未来。

在传统电路中，电子的定向移动形成了电流。而光量子电路使用光源是按需生成单个光粒子或光子，一次一个，充当量子比特。这些光源是纳米大小的半导体“量子点”集合，由数万到一百万个原子组成，其尺寸不到头发丝直径的千分之一。

目前它们是最通用的按需单光子发生器。这些光子源需要有规律地排列在半导体芯片上。然后，必须向引导方向释放波长几乎相同的光子。这样它们才能与其他光子和粒子形成相互作用，从而传输和处理信息。

然而这种电路的发展还存在重大挑战。例如，在当前的制造技术中，量子点具有不同的尺寸和形状，释放的光子没有均匀的波长。另外它们在芯片上组装的位置也是随机的，所以不适合用于光电路的开发。

为了精确布局电路量子点，该团队使用了一种称为SESRE（基板编码尺寸减小外延）的方法。1990年初，Madhukar研究组开发了这种方法。现在，在由砷化镓（GaAs）组成的平面半导体衬底上，该团队制造了纳米尺寸台面的规则阵列），长、宽、高都是设定的。然后在上表面添加适当的原子，从而创建不同的量子点。

通过使用成熟的半导体处理技术，研究人员首次创建了可扩展的量子光子芯片。该团队现在的工作重点是确定来自相同或不同量子点的发射光子的相同程度。这是干涉和纠缠的量子效应的核心，是量子信息处理（通信、传感、成像或计算）的基础。它可以用来研究物理世界中的一些问题，例如，如何在不同尺度上进行量子纠缠，如何使量子系统之间保持高度的相互作用等。

（编辑：银川站长网）

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