新型芯片：集成光量子技术 更具有应用性！

　　量子计算技术的背景回顾：

　　近日，基于对于加密学和量子力学的蓬勃兴趣，小编带大家展望了一下新型的量子计算技术的发展，以及是否会对一些加密算法造成威胁：量子计算机的发展会破解RSA加密算法吗？

　　量子计算与一般的计算不同，因为它基于量子位。不像普通的比特位，只能代表0和1，量子位可以代表0和1的叠加态（同时）。多个量子位可以在称为“纠缠”的状态下连接，这样操作一个量子位可以改变整个系统，即使单独的量子位物理距离很远。这是牵一发而动全身的概念，而且这一根头发还离得自己的位置很远。这种性质是量子信息处理的基础，旨在建设超高速量子计算机和以完全安全的方式传输信息。

　　谈到的量子计算机技术的实践，是主要基于电场里面的离子，对它们进行激光操作，从而代表不同的量子位。这种技术的应用性如何？真是要划上一个大问号。

　　量子技术应用的新突破在哪里？

　　然而，最近在科学杂志上，魁北克大学国立科学研究院的教授Roberto Morandotti教授和他的团队，发表了一篇文章，论证了他们可以在光学芯片上产生复杂的量子纠缠状态，这将有望革新信息技术，同时也使得量子信息处理技术，更加接近现实应用。这个国际化的研究小组，论证了芯片上的频率梳可以用于同时产生多光子纠缠的量子位（qubit）状态。

　　这项突破性的研究，在最近的科学杂志上以“通过集成频率梳产生多光子纠缠的量子状态”的标题发表。这项研究得到了多个大学和科研结构以及基金的支持，也包括皇家墨尔本大学，香港城市大学，中国西安光学精密机械研究所等等。

　　系统的实现如下图所示：

（图片来源于：INRS魁北克大学国立科学研究院）

　　为了实现叠加，纠缠的量子位，这个系统首先使用一个激光泵，微环谐振腔来产生大量的纠缠光子，再通过光谱滤波器，进入光学集成的克尔频率梳，这样一个系统，单频率的光可以通过折射率，谐振器的材料的克尔效应，产生一对的等间隔的频率的光。这个频率梳通过够在光纤从传输的几百个频率，产生多光子纠缠状态。

　　该技术最大挑战是什么？

　　最大的技术挑战是生成，多个，稳定，可控的纠缠的量子位状态。

　　产生量子位，依赖几种不同的措施，包括电子自旋，原子能级和光子量子态。光子有长时间和长距离保持纠缠的优点。但是在小巧和可伸缩的方式下，产生纠缠的光子状态，比较困难。按照INRS研究助理博士Michael Kues的说法，“最重要的是，当我们实际应用的时候，几种状态必须能够同步的产生。”

　　为了应对这个挑战，Roberto Morandotti的团队，第一次使用芯片上的光学频率梳，产生了光多个纠缠的量子位状态。光学频率梳结合了许多等间隔的频率模式。频率梳是十分精确的资源，已经革新了度量和感知方面，在2005年获得了诺贝尔物理奖。

　　INRS开发的芯片，由于这些集成了频率梳，能够在几种频率模式下，产生多光子纠缠的量子位状态。这是第一次能够同步产生，多光子和两个光子纠缠的状态。目前这个团队的开发的集成系统，只成功的产生了芯片上两个光子纠缠的状态。

　　该技术的意义和影响？

　　这项研究的发表，将成为研究量子光子学和量子频率梳的基础。同时也革新了光学量子技术，和现有的半导体芯片技术兼容。芯片可以满足直接使用的标准要求，小巧，廉价，和电子电路兼容，也使用标准的通信频率，还具备扩展性。

　　小编也和大家一起期待，这种应用量子计算技术的芯片，能够早日进入应用领域，在我们的手机，个人电脑，智能产品等电子设备中出现。