美国加州理工学院研发出新型光子芯片，能测量更多光量子态

据报道，自从无线电报和真空管问世以来，电子计算和通信取得了巨大的进步。如今消费类设备的处理能力和内存水平在几十年前是不可想象的...

然而，随着计算和信息处理设备变得越来越小和越来越强大，它们正遇到量子物理定律强加的一些基本限制。该领域未来的发展前景可能与光子学密切相关，光子学是与电子学并行的光学基础概念。光子学理论上和电子学类似，但是用光子代替电子，光子器件处理数据的速度可能比电子器件快很多，包括:量子计算机。

目前，光子学领域的基础研究仍然非常活跃，但缺乏实用化的关键设备。加州理工学院对新型光子芯片的研究和开发可能代表着该领域的一项重大突破，特别是在使光子量子信息处理器成为可能方面。它可以产生和测量光量子态，但这种方法以前只能通过笨重昂贵的实验室设备才能实现。

基于光子的基本性质，不同种类的光子以其能量、动量和偏振来区分，由这些不同特性决定的光子态称为光量子态。

这种新型光子芯片由铌酸锂制成，广泛应用于光学领域。它在芯片的一面产生所谓的光压缩状态，在另一面进行测量。光压缩态就是在量子水平上减少“噪音”的光。据悉，直到近几年才开始使用光压缩态的技术来增强激光干涉引力波天文台的灵敏度巡天。LIGO天文台是一个使用激光束探测引力波的探测设备。如果科学家使用基于光的量子器件来处理数据，类似的低噪声光态也非常重要。

加州理工学院电子工程和应用物理学副教授阿雷扎·马兰迪(Areza Marandi)表示，“现在我们已经实现了量子态质量超过量子信息处理的要求，量子信息处理可以用于处理大型实验装置的科研领域。我们的研究工作标志着集成光子电路在产生和测量光量子态方面迈出了重要的一步。我们可以用它来突破许多传统非线性光学研究的局限，甚至打破许多传统假设。”

与此同时，马兰迪指出，光子芯片技术显示了一个最终的发展方向，即以以太赫兹的时钟速率运行的量子光学处理器。相比之下，它比苹果笔记本MacBook Pro的计算处理器快数千倍。这项技术可能在未来五年内在通信、传感和量子计算方面投入实际应用。

博士后学者、研究报告的共同作者拉德弗内拉(La Dever Nella)表示，“光学一直是最有希望实现量子计算的方式之一，因为它在室温下的可扩展性和超快逻辑运算方面具有一些先天优势。然而，可扩展性应用的主要挑战之一是在纳米光子学中产生和测量足够的量子态，我们的目标是如何解决这一挑战。”