【半導(dǎo)體芯片新突破，美高校制造出首個(gè)單光子晶體管】美國(guó)馬里蘭大學(xué)的研究人員展示了第一個(gè)使用半導(dǎo)體芯片制造的單光子晶體管。據(jù)該團(tuán)隊(duì)介紹，該器件體積非常小、非常緊湊，一粒鹽中大約可以放一百萬(wàn)個(gè)這些新型晶體管；且速度快，能夠每秒處理100億個(gè)光子量子位。
制造由光觸發(fā)的量子晶體管一直是個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)樗蠊庾又g相互作用。馬里蘭大學(xué)A.JamesClark工程學(xué)院和聯(lián)合量子研究所的EdoWaks教授說(shuō)：“采用我們的晶體管應(yīng)該能夠在光子之間實(shí)現(xiàn)量子門，在量子計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的軟件將使用一系列此類操作來(lái)獲得某些計(jì)算問(wèn)題的指數(shù)級(jí)加速?！?/p>
芯片介紹
光子芯片由帶有許多空穴的半導(dǎo)體制成。進(jìn)入芯片的光線反彈并被空穴困住；在光強(qiáng)度最強(qiáng)的區(qū)域內(nèi)會(huì)形成量子點(diǎn)。
類似于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器，量子點(diǎn)存儲(chǔ)通過(guò)光子進(jìn)入器件的信息。量子點(diǎn)可以有效地利用該存儲(chǔ)器來(lái)調(diào)解光子相互作用，這意味著一個(gè)光子的作用會(huì)影響后來(lái)到達(dá)芯片的其他光子。
文章第一作者ShuoSun說(shuō)：“在單光子晶體管中，量子點(diǎn)存儲(chǔ)器必須保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間以與每個(gè)光子量子位相互作用。這可以使單個(gè)光子轉(zhuǎn)變成更大的光子流，也因此我們的器件可以被視為晶體管?！?/p>
芯片測(cè)試
為了測(cè)試芯片是否像晶體管一樣工作，研究人員針對(duì)器件如何響應(yīng)只包含一個(gè)光子的弱光脈沖進(jìn)行了研究。在正常環(huán)境中，這種暗淡的光可能幾乎沒(méi)有記錄，但是，在這個(gè)器件中，單個(gè)光子能夠長(zhǎng)時(shí)間被捕獲，并將其存在于附近的量子點(diǎn)中。
該團(tuán)隊(duì)觀察到，單個(gè)光子可以通過(guò)與點(diǎn)相互作用來(lái)控制第二個(gè)光脈沖通過(guò)器件的傳輸。第一個(gè)光脈沖就像一把鑰匙，打開(kāi)第二個(gè)光子進(jìn)入芯片的門。如果第一個(gè)脈沖不包含任何光子，則量子點(diǎn)將阻擋后續(xù)光子通過(guò)。這種行為類似于傳統(tǒng)的晶體管，其中小電壓控制電流通過(guò)其端子。在這里，研究人員用單個(gè)光子成功地取代了電壓，并證明了他們的量子晶體管可以在量子點(diǎn)的存儲(chǔ)器耗盡之前切換包含大約30個(gè)光子的光脈沖。
未來(lái)工作
Sun表示，通過(guò)實(shí)際工程改進(jìn)，他們的方法可以將許多量子光晶體管連接在一起。該團(tuán)隊(duì)希望這種快速、高度連接的器件最終能夠用于處理大量光子量子比特的緊湊型量子計(jì)算機(jī)。
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