硅环形谐振器或将改写量子计算规则

集成光子学的一项突破使研究人员能够利用硅芯片上的光操纵，为改进量子计算和安全通信铺平了道路。

他们开发了紧凑型硅环形谐振器来管理34个量子比特门，并建立了一个新颖的五用户量子网络。

集成光子学中的量子飞跃

在量子技术的重大飞跃中，硅环形谐振器或将改写量子计算规则研究人员在利用集成光子学中的频率维度方面取得了里程碑式的进展。这一突破不仅预示着量子计算的进步，而且为超安全通信网络奠定了基础。

集成光子学，在硅芯片上的微小电路中操纵光，由于其可扩展性和与现有电信基础设施的兼容性，长期以来一直被认为是量子应用的希望。

量子电路设计的突破

在《高级光子学》杂志上发表的一项研究中，来自纳米科学和纳米技术中心（C2N）、巴黎tims和意法半导体（STM）的研究人员已经克服了以前的限制，开发出了面积小于0.05mm²的硅环谐振器，能够产生70多个不同的频率通道，间隔为21GHz。

这允许34个单量子位门的并行化和独立控制，仅使用三个标准电光器件。该装置可以有效地产生易操纵的频本纠缠光子对，这是构建量子网络的关键成分。

增强量子态控制

关键的创新在于他们利用这些窄频率间隔来创建和控制量子态的能力。利用集成环形谐振器，他们通过一种被称为自发四波混频的过程成功地产生了频率纠缠态。这项技术允许光子相互作用并纠缠在一起，这是构建量子电路的关键能力。

这项研究的与众不同之处在于它的实用性和可扩展性。通过利用硅谐振器提供的精确控制，研究人员展示了仅使用三个现成的电光器件即可同时操作34个单量子比特门。这一突破使创建复杂的量子网络成为可能，其中多个量子位可以独立或并行地操作。

为了验证他们的方法，研究小组在C2N进行了实验，在不同频率的17对最大纠缠量子位上展示了量子态断层扫描。这种详细的表征证实了它们量子态的保真度和相干性，标志着向实用量子计算迈出了重要的一步。

量子网络的里程碑

也许最值得注意的是，研究人员通过建立他们认为是第一个在频域完全连接的五用户量子网络，在网络方面取得了里程碑式的成就。这一成就为量子通信协议开辟了新的途径，量子通信协议依赖于量子态编码信息的安全传输。

量子技术的未来

展望未来，这项研究不仅展示了硅光子学在推进量子技术方面的力量，而且为未来在量子计算和安全通信方面的应用铺平了道路。随着技术的不断进步，这些集成光子平台可以彻底改变依赖安全数据传输的行业，提供前所未有的计算能力和数据安全性。

通讯作者、C2N和tsamacParis的AntoineHenry博士评论道：“我们的工作强调了如何利用频率箱进行量子信息的大规模应用。我们相信，它为可扩展的频域架构提供了前景，用于多维和资源高效的量子通信。”Henry指出，电信波长的单量子对于利用现有光纤网络的现实世界应用来说是理想的，集成光电子学允许小型化、稳定性和可扩展性/增加设备复杂性的潜力，从而有效且定制的光对生成，以实现具有电信波长频率编码的量子网络。

这项研究的意义是巨大的。通过利用集成光子学中的频率维度，研究人员已经释放了关键优势，包括可扩展性，噪声弹性，并行化以及与现有电信多路复用技术的兼容性。随着世界越来越接近实现量子技术的全部潜力，C2N、巴黎电信和STM研究人员报告的这一里程碑就像一座灯塔，指引着量子网络提供安全通信的未来之路。

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