由RMIT大學(xué)的Alberto Peruzzo博士領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊首次證明，量子信息可以與芯片上的拓撲電路進行編碼，處理和傳輸。該研究發(fā)表在Science Advances上。

這一突破可能會促進新材料，新一代計算機的發(fā)展以及對基礎(chǔ)科學(xué)的更深入理解。

研究人員與米蘭理工大學(xué)和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的科學(xué)家們合作，利用拓撲光子學(xué) - 一個快速發(fā)展的領(lǐng)域，旨在研究新型光學(xué)環(huán)境中物質(zhì)拓撲相的物理學(xué) - 制造具有'分束器的芯片'創(chuàng)造一種高精度光子量子門。

“我們預(yù)計新的芯片設(shè)計將為研究拓撲材料中的量子效應(yīng)以及集成光子技術(shù)中拓撲穩(wěn)健量子處理的新領(lǐng)域開辟道路，”ARC聲學(xué)首席研究員，量子計算卓越中心和通信技術(shù)(CQC2T)和量子光子實驗室主任，RMIT。

“拓撲光子學(xué)具有不需要強磁場的優(yōu)點，具有本質(zhì)上高相干性，室溫操作和易操作性”，Peruzzo說。

“這些是擴大量子計算機的基本要求。”

復(fù)制眾所周知的Hong-Ou-Mandel(HOM)實驗 - 它采用兩個光子，光的最終成分，并根據(jù)量子力學(xué)定律干涉它們 - 團隊能夠使用光子芯片來演示，這種拓撲狀態(tài)第一次可以經(jīng)歷高保真量子干涉。

HOM干擾是光量子計算的核心，它對誤差非常敏感。受拓撲保護的狀態(tài)可以增加量子通信的穩(wěn)健性，減少量子技術(shù)中普遍存在的噪聲和缺陷。這對光學(xué)量子信息處理特別有吸引力。

“以前的研究主要集中在使用'經(jīng)典' - 激光光的拓撲光子學(xué)，它表現(xiàn)為經(jīng)典波。在這里我們使用單光子，其行為與量子力學(xué)相符”，首席作者Jean-Luc Tambasco，RMIT博士生。

演示高保真量子干涉是使用單光子傳輸精確??數(shù)據(jù)的前兆，用于量子通信 - 全球量子網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。

“這項工作與量子技術(shù)和拓撲絕緣體這兩個蓬勃發(fā)展的領(lǐng)域相互交叉，可以促進新材料，新一代計算機和基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展”，Peruzzo說。

該研究是CQC2T光子量子處理器計劃的一部分。卓越中心正在開發(fā)使用光學(xué)和硅處理器的并行方法，以開發(fā)第一個量子計算系統(tǒng)。

CQC2T的澳大利亞研究人員已在量子信息領(lǐng)域建立了全球領(lǐng)導(dǎo)地位。該團隊開發(fā)了獨特的技術(shù)，可以在單個原子和光子的水平??上操縱物質(zhì)和光，在固態(tài)中表現(xiàn)出最高的保真度，最長的相干時間量子比特; 固體中壽命最長的量子記憶; 以及在光子量子比特上運行小規(guī)模算法的能力。