采用不同波導(dǎo)，實現(xiàn)更大、更快、更可靠的計算和信息處理

此次NIST研究人員與一個國際合作團隊一起設(shè)計的電路，允許顯著的時間延遲，因為它采用了不同長度的波導(dǎo)，可以將光子存儲相對較長的時間段。例如，研究人員計算出，一個3米長的波導(dǎo)（緊密盤繞，因此它在芯片上的直徑只有幾毫米）將有50%的概率在20納秒（十億分之一秒）的時間延遲下傳輸一個光子。相比之下，以前由其他團隊開發(fā)的、在類似條件下運行的設(shè)備，只能產(chǎn)生百分之一長的時間延遲。

新電路實現(xiàn)的更長的延遲時間對于來自一個或多個量子點的光子需要以相等的時間間隔到達一個特定位置的操作也很重要。此外，低損耗的量子點電路可以極大地增加芯片上可用于攜帶量子信息的單個光子的數(shù)量，從而實現(xiàn)更大、更快、更可靠的計算和信息處理系統(tǒng)。

激光照射在量子點上，觸發(fā)它們產(chǎn)生一系列單光子，穿過氮化硅波導(dǎo)。

該混合電路由兩個部件組成，每個部件最初都建在一個獨立的芯片上。其中一個是在NIST設(shè)計和制造的砷化鎵半導(dǎo)體器件，它承載著量子點，并直接將它們產(chǎn)生的單光子輸送到第二個器件：由加州大學圣芭芭拉分校開發(fā)的低損耗氮化硅波導(dǎo)。

為了將這兩個部件結(jié)合起來，麻省理工學院的研究人員首先使用一個拾取和放置微探針的細金屬尖端，就像一個微型撬棍，將砷化鎵裝置從NIST建造的芯片中撬出。然后他們把它放在另一塊芯片上的氮化硅電路上。

單光子源與超低損耗波導(dǎo)的整合，進一步優(yōu)化策略，提升傳輸效率

研究人員在混合電路能夠被常規(guī)地應(yīng)用于光子設(shè)備之前面臨著幾個挑戰(zhàn)。目前，只有大約6%的由量子點產(chǎn)生的單個光子可以被輸送到電路中。然而，模擬表明，如果研究小組改變光子的漏斗角度，同時改進量子點的定位和方向，該比率可以上升到80%以上。

不過，量子點并不總是以完全相同的波長發(fā)射單個光子，這是創(chuàng)造量子計算操作所需的無差別光子的要求。該研究小組正在探索幾種策略，包括將一個恒定的電場施加到點上，這可能會緩解這個問題。

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