一個(gè)不少于128個(gè)可調(diào)諧元件的光子芯片，被證明是一個(gè)真正的計(jì)算機(jī)“翹楚”，具有多種應(yīng)用。在使用這種光子芯片測(cè)量波長(zhǎng)的研究中，特恩特大學(xué)Caterina Taballione偶然發(fā)現(xiàn)了另一種應(yīng)用——通過(guò)向系統(tǒng)發(fā)送單個(gè)光子而不是連續(xù)光。

光學(xué)組件也可以執(zhí)行量子操作，同樣的芯片可以作為光子量子處理器。在芯片上操縱光現(xiàn)在已經(jīng)可以達(dá)到非常高級(jí)的水平，特別是使用材料的組合。

研究人員可以用氮化硅制造損耗極低的光波導(dǎo)，或者用磷化銦制造窄激光光源。Caterina Taballione在研究論文中展示的芯片包含了許多組件，這些組件可以分割或組合來(lái)自不同通道的光，類似于一個(gè)鐵路堆場(chǎng)。它也有環(huán)形諧振器，可以作為濾波器。優(yōu)勢(shì)在于它的組件可以從外部控制，使得芯片具有靈活性和可編程性，在量子光子學(xué)中也有應(yīng)用。

溫度控制

這些部件是通過(guò)溫度來(lái)控制的，該芯片有許多所謂的馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x，可以將光從一個(gè)光傳導(dǎo)通道分裂成兩個(gè)光波導(dǎo)。在兩個(gè)通道重新連接之前，可以通過(guò)施加溫度變化來(lái)控制其中一個(gè)通道。結(jié)果是來(lái)自兩個(gè)通道的信號(hào)并不相同：它們有不同的相位，環(huán)形元件也可以進(jìn)行溫度控制。通過(guò)這種方法，Taballione能夠提供一種非常精確測(cè)量光波長(zhǎng)的方法。

為此，她將溫度控制與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，該系統(tǒng)具有高度可重構(gòu)性。這使得它適用于即將到來(lái)的5G移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，無(wú)線信號(hào)必須非常精確地從基站定向到用戶。計(jì)算天線的最佳組合，稱為“波束形成”，通常是一項(xiàng)新芯片可以快速完成的任務(wù)，具有很高的能源效率。

量子計(jì)算

這些都是展示光子芯片潛力的強(qiáng)大應(yīng)用。但是在輸入端單獨(dú)檢測(cè)單個(gè)光子而不是連續(xù)光源的情況下呢？在這種情況下，這些成分支持典型的量子效應(yīng)，如聚結(jié)、糾纏和疊加。在輸出端檢測(cè)到的光子是利用組件溫度控制進(jìn)行量子處理的結(jié)果。雖然單個(gè)光子光源和探測(cè)器通常在低溫下工作，但量子處理器本身在室溫下工作，因此，使用光子進(jìn)行量子計(jì)算比使用量子位元更有優(yōu)勢(shì)。

量子位元只能在非常低的溫度下工作，這使得芯片成為一個(gè)強(qiáng)大的量子實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，從而組件的數(shù)量、特別是當(dāng)輸入和輸出的數(shù)量進(jìn)一步擴(kuò)大。包括單光子光源和探測(cè)器也將使系統(tǒng)更強(qiáng)大。因此，參與其中的德克薩斯大學(xué)科學(xué)家成立了一家新公司，讓其他科學(xué)家和研發(fā)部門(mén)可以廣泛使用這種芯片。

博科園｜研究/來(lái)自：特文特大學(xué)

DOI: 10.3990/1.9789036548038

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