未来半导体7月28日消息，近日尼尔斯·玻尔研究所的科学家与明斯特大学和波鸿鲁尔大学合作开发了能够处理量子系统生成的大量信息的新技术。他们成功地将确定性单光子光源与专门创建的集成光子电路连接起来，该光源以极高的速度和速率生成量子比特。这些电路可以有效、快速地处理量子信息，而不会降低易受影响的量子态。
这一突破为光子量子设备的创建铺平了道路，例如，该设备可以分析和建模复杂的量子系统，例如生物分子的振动动力学。该研究已发表在《科学进展》上。
可编程芯片用于处理单光子传输的量子信息。每个粉红点代表一个光子，它们之间的链接代表量子纠缠——这是不同光子之间共享量子信息的方式。图片来源：Stefano Paesani
量子模拟器——这是怎么回事？
“量子”这个词一出现在桌面上，通常就会出现“计算机”这个词——一个极其强大的计算平台，具有处理复杂问题的能力。
彼得·洛达尔表示，与这一结果相关的工作指向了他们所谓的“量子模拟器”的方向。
量子模拟器是一种特殊用途的计算机，它通过处理经典计算机难以处理的量子信息（量子比特）来模拟量子系统。
“当增加量子比特数时，量子信息的处理要求经典计算机的容量呈指数级增长。这意味着即使是相当简单的量子力学问题也无法在经典计算机上解决”，该结果背后的主要研究人员之一斯特凡诺·帕埃萨尼（Stefano Paesani）说道。
长途现在显示了它的价值
哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所的彼得·洛达尔教授和量子光子学研究小组在这一领域工作了近二十年。简而言之，这一切都是关于使用单光子（光的最小部分）来编码量子信息。
这是一个快速发展的领域，展示了 2022 年秋季的单光子加密通信链路，以及最近对衍生企业 Sparrow Quantum 的创纪录投资。
这一切的核心是该小组多年来开发和完善的光子源。目前具有无与伦比的控制、精度和质量，为量子技术的新研究和开发打开了大门。
量子模拟器的目的是什么？
“处理”量子信息意味着什么？这就是关键的跨学科元素发挥作用的地方。
在诺和诺德基金会项目“生物化学固态量子模拟器（SolidQ）”的框架内，光子在光子电路中相互作用，可用于描述生化过程的特征。
您可以使用一个系统（光子）来了解另一系统（生物分子），因为光子量子模拟器可以处理描述它的复杂量子信息。挑战之一在于理解两个复杂量子系统之间的联系。
量子模拟器依赖于不同量子系统之间的一致性
“我们可以通过研究一个系统来了解另一个系统——也就是说，你可以将一个系统“映射”到另一个系统。然而，对复杂系统的初步洞察至关重要。
例如，光子和分子的振动动力学之间存在自然映射：当分子振动时，其演化是通过与描述通过电路发送的光子相同的量子力学操作来描述的，”Peter Lodahl 说。
技术必须“握手”
挑战在于处理以光速大量射出的光子。它必须发生得非常快并且没有损失。不允许出现太多的错误。
在过去的两年里，这些小组与明斯特大学合作，开发了能够处理来自光子源的量子位的光子电路，并使这两个系统能够结合在一起。诺和诺德基金会项目 SolidQ 一直致力于优化光子处理。
“与明斯特的合作是研究界迈出第一步的一个很好的例子。随后，我们制定了扩大技术规模的“路线图”。
这个平台看起来确实非常有前途，在与明斯特的合作中，我们成功地实现了足够高效和快速的光子电路，以跟上我们的光子源的步伐。我们现在正在开放申请之门，”Stefano Paesani 说道。
参考文献：“由固态量子发射器驱动的高速薄膜铌酸锂量子处理器”，作者：Patrik I. Sund、Emma Lomonte、Stefano Paesani、Ying Wang、Jacques Carolan、Nikolai Bart、Andreas D. Wieck、Arne Ludwig、Leonardo Midolo、Wolfram HP Pernice、Peter Lodahl 和 Francesco Lenzini，2023 年 5 月 12 日，《科学进展》。DOI：10.1126/sciadv.adg7268
