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基于量子物理定律的信息處理技術的發(fā)展，將對現(xiàn)代社會產(chǎn)生深遠的影響。例如，量子計算機可能掌握解決當今最強大的超級計算機無法解決的復雜問題的關鍵，而一個量子互聯(lián)網(wǎng)可能最終保護世界信息不受惡意攻擊。然而，這些技術都依賴于“量子信息”，這些信息通常被編碼在單個量子粒子中，很難控制和測量。
布里斯托爾大學的科學家們與丹麥技術大學(DTU)合作，成功地開發(fā)出了芯片級別的設備，這些設備能夠通過在可編程的納米級電路中產(chǎn)生和操縱光的單個粒子來駕馭量子物理的應用。這些芯片能夠在電路內(nèi)部產(chǎn)生的光中對量子信息進行編碼，能夠高效、低噪聲地處理“量子信息”。這個演示可以顯著提高制造更復雜的量子電路的能力，而這些電路是量子計算和通信所需要的。
他們的研究成果發(fā)表在《自然物理》雜志上，并可在arXiv預印本服務器上免費獲得預印本。在一項突破性的實驗中，布里斯托爾大學量子工程技術實驗室(QET實驗室)的研究人員首次演示了兩個可編程芯片之間的信息量子隱形傳態(tài)，他們認為這是量子通信和量子計算的基石。
量子隱形傳態(tài)利用糾纏態(tài)將量子粒子從一個地方轉(zhuǎn)移到另一個地方。遠距傳態(tài)不僅對量子通信有用，而且是光量子計算的基本構件。然而，在實驗室中建立兩個芯片之間的糾纏通信鏈路被證明是極具挑戰(zhàn)性的。布里斯托爾大學的合著者丹·盧埃林說：“我們能夠在實驗室中證明兩個芯片之間存在高質(zhì)量的糾纏關系，其中兩個芯片上的光子共享一個量子態(tài)。”
然后，每個芯片都被完全編程，以執(zhí)行利用纏結的一系列演示。最重要的演示是一個雙芯片隱形傳態(tài)實驗，在量子測量完成后，粒子的單個量子態(tài)被傳送到兩個芯片上。這種測量利用了量子物理的奇怪行為，它同時瓦解了糾纏環(huán)節(jié)，并將粒子狀態(tài)傳輸給已經(jīng)在接收芯片上的另一個粒子。
同樣來自布里斯托爾的伊馬德·法魯克博士補充道：“基于我們之前對芯片上高質(zhì)量單光子源的研究結果，我們已經(jīng)建立了一個包含四個源的更復雜的電路。”所有這些源都經(jīng)過測試，發(fā)現(xiàn)它們幾乎完全相同，發(fā)射出幾乎完全相同的光子，這是我們進行的一系列實驗的基本標準，比如糾纏交換。
結果顯示，極高保真度的量子隱形傳態(tài)率達到91%。此外，研究人員還展示了他們設計的其他一些重要功能，比如糾纏交換(量子中繼器和量子網(wǎng)絡需要)和四光子GHZ狀態(tài)(量子計算和量子互聯(lián)網(wǎng)需要)。丁云紅博士認為，低損耗、高穩(wěn)定性和良好的可控性對集成量子光子學非常重要。他說：“這項實驗之所以成為可能，是因為基于DTU高質(zhì)量制造技術的低損耗硅光子學技術處于最先進水平。”
