以最小的損耗傳輸和操縱最小光單位（光子）的能力在光通信以及量子計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)中起著關(guān)鍵作用，量子計(jì)算機(jī)將使用光而不是電荷來(lái)存儲(chǔ)和攜帶信息。

現(xiàn)在，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）的研究人員和他們的同事已經(jīng)將量子點(diǎn)單光子源（量子點(diǎn)是一種人造原子，當(dāng)被激光照射時(shí)迅速和按需產(chǎn)生單個(gè)光子），與能夠引導(dǎo)光而不產(chǎn)生明顯強(qiáng)度損失的微型電路連接在一個(gè)微芯片上。

未來(lái)版本的新光子電路將采用低損耗的波導(dǎo)（單光子通過(guò)的通道）長(zhǎng)達(dá)3米，但緊緊盤(pán)繞在芯片上。長(zhǎng)波導(dǎo)將使研究人員能夠更精確地選擇光子離開(kāi)不同通道在特定位置會(huì)合的時(shí)間間隔（Δt）。

以最小的損失傳輸和操縱最小的光單位光子的能力在光通信以及量子計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)中起著關(guān)鍵的作用，量子計(jì)算機(jī)將使用光而不是電荷來(lái)存儲(chǔ)和攜帶信息。

為了創(chuàng)建超低損耗電路，研究人員制作了硅氮化物波導(dǎo)：光子通過(guò)的通道，并將其埋入二氧化硅中。這些通道很寬但很淺，這種幾何形狀減少了光子散落出波導(dǎo)的可能性。將波導(dǎo)封裝在二氧化硅中也有助于減少散射�？茖W(xué)家們報(bào)告說(shuō)，他們的原型電路的強(qiáng)度損失僅相當(dāng)于其他團(tuán)隊(duì)制造的類似電路的百分之一。

最終，采用這種新的芯片技術(shù)的設(shè)備可以利用量子力學(xué)的奇怪特性，完成經(jīng)典（非量子）電路可能無(wú)法做到的復(fù)雜計(jì)算。這究竟是如何實(shí)現(xiàn)的呢？

根據(jù)量子力學(xué)定律，一個(gè)光子有概率同時(shí)停留在兩個(gè)不同的地方，如兩個(gè)不同的波導(dǎo)。這些概率可以用來(lái)存儲(chǔ)信息；單個(gè)光子可以作為一個(gè)量子比特，它攜帶的信息比經(jīng)典計(jì)算機(jī)的二進(jìn)制比特要多得多，后者只限于0或1的值。

為了執(zhí)行解決計(jì)算問(wèn)題所需的操作，這些光量子比特必須同時(shí)到達(dá)電路中的特定處理節(jié)點(diǎn)。這構(gòu)成了一個(gè)挑戰(zhàn)：因?yàn)閬?lái)自不同地點(diǎn)的光子沿著不同的波導(dǎo)在電路中旅行，與處理點(diǎn)的距離可能大不相同。為了確保同時(shí)到達(dá)，離指定目的地較近的光子必須延遲它們的旅程，讓那些位于較遠(yuǎn)的波導(dǎo)中的光子先行一步。

上圖顯示了在一個(gè)芯片上創(chuàng)建新的超低損耗光子電路的一些步驟。一個(gè)微探針從一個(gè)芯片上抬起一個(gè)含有量子點(diǎn)的砷化鎵裝置。然后，探針將量子點(diǎn)裝置放在另一塊芯片上的低損耗氮化銀波導(dǎo)上。