揭示缺失的“光子鏈接”：光學觀測助力構建純硅量子互聯網

利用硅開發量子技術為快速擴展量子計算提供了機會。加拿大西蒙弗雷澤大學（SFU）的研究人員在量子技術發展方面取得了關鍵突破。發表在13日《自然》雜志上的一項研究，描述了他們對超過15萬個硅“T中心”光子自旋量子比特的觀察，這是一個重要的里程碑，使構建大規模可擴展量子計算機和純硅量子互聯網成為可能。

數據揭示了硅中自旋的首次光學觀察。單次自旋的兩次激光掃描揭示了標志性的自旋分裂中心峰；在這里，實驗數據被可視化為立體馬賽克。

量子計算機具有強大的計算能力，在解決一些復雜問題方面具有巨大的潛力，有望為化學、材料科學、醫學和網絡安全等許多領域帶來新進展。要實現這一點，必須制造出穩定、長壽命的量子比特來提供處理能力，以及使這些量子比特大規模關聯在一起的通信技術。

過去的研究表明，硅可以產生部分最穩定和最長壽命的量子比特。現在，新研究為之提供了原理證據，證明了T中心——硅中一種特殊的發光缺陷可以在量子比特之間提供一種“光子鏈接”。

這項研究來自SFU物理系的硅量子技術實驗室，該實驗室由加拿大硅量子技術研究主席斯蒂芬妮·西蒙斯和榮譽退休教授邁克爾·特瓦爾特共同領導。

“這項工作是第一次單獨測量單個T中心，實際上，也是第一次僅用光學方法來測量硅中的單個自旋。”西蒙斯說，像T中心這樣的發射元結合了高性能自旋量子比特和光學光子產生，是制造可擴展、分布式量子計算機的理想選擇，因為它們可以同時處理運算和通信，而不需要連接兩種分別用于運算和通信的不同的量子技術。

此外，T中心具有發射與當今城域網光纖通信和電信網絡設備相同波長的光的優勢。

“有了T中心，就可以建造與其他處理器進行內在通信的量子處理器。”西蒙斯說，當硅量子比特可以通過在數據中心和光纖網絡中使用的同一波段發射光子（光）進行通信時，我們就可以獲得連接量子計算所需的數百萬個量子比特的優勢。