量子未來的模樣 新型矽光子晶片問世

編譯/高晟鈞

今天,我們正處於一場量子電腦開發的競賽之中。量子電腦擁有的潛在計算能力,遠遠超過了當今最快的超級電腦。量子電腦的進步,其影響可能涵蓋了從網路安全、分子模擬甚至到藥物發現與材料製造等多個方面。

華盛頓大學所開發的一種新型矽光子晶片,或許可以打破這種困境。(圖/123RF)

而這項競賽的一個分支與一種特殊的量子電腦有關──量子模擬器。他可以幫助科學家模擬複雜的方程式模型,包含了複雜的分子作用與藥物開發等等。

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量子電腦的困境

製造一台實用的量子模擬器很困難。早在1980年起,科學家便嘗試利用捕獲離子、冷原子、超導量子位元來構建量子模擬器。儘管科學家在超導系統領域不斷取得進展,甚至展示了小規模的量子系統;然而,這些系統擴展到可用尺寸仍存在挑戰,並且在嘗試使用超導系統模擬量子材料時也存在一定的操縱困難。

近期,由華盛頓大學所開發的一種新型矽光子晶片,或許可以打破這種困境,成為構建量子模擬器的堅實基礎。

矽光子晶片的優點

光子晶片最大的優勢,便在於其可以在CMOS代工廠中製造。這像晶片便採用成熟的矽製造工藝,可以有效降低建造量子模擬器的生產成本,更重要的是,突破小尺寸的限制。

該團隊設計的晶片的核心是「光子耦合腔陣列」。此陣列是由八個光子諧振器組成的偽原子晶格。在這裡,光子可以被限制、提高和降低能量,並以受控的方式移動,本質上形成電路。

與陣列相關的另一種創新的數學演算法,使研究團隊可以使用晶片邊界上的信息,來詳細表徵晶片。另外,團隊也設計了一種用於加熱的獨立新型架構,用以控制陣列中的每個空腔,使團隊可以對設備進行編程。

量子未來

團隊目前正致力於解決量子模擬器的最大障礙,即創造一種「非線性」條件。電子電路中常見的電子因帶負電荷而相互排斥,而光子不同,光子本質上不會相互作用。量子模擬器中需要等效的相互作用來產生非線性並完成電路。該團隊目前正在探索幾種不同的方法來解決這個問題。

整體而言,該研究對於真正實現量子電腦有著重大意義,並為可能的量子未來,描繪出了清晰的藍圖。

資料來源:Phys.org

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