8光子芯片：量子计算的新突破，韩国科学家推动量子计算加速

韩国研究人员开发了一种光子量子电路芯片，这一突破性进展有望在全球量子计算竞赛中加速。这款能够控制多达八个光子的芯片，在操纵复杂的量子现象，如多方纠缠方面，标志着一个重大的飞跃。

韩国研究团队通过开发一种使用光子（光粒子）的集成量子电路芯片，实现了一个重要的里程碑。这一突破预计将提升他们在全球量子计算研究中的地位。
电子和电信研究所（ETRI）宣布创建了一种能够控制八个光子的光子集成电路芯片。这一创新系统允许研究人员探索复杂的量子现象，包括光子间相互作用产生的多方纠缠。

通过在硅光子量子电路方面的广泛研究，ETRI成功展示了2量子比特和4量子比特量子纠缠，并在4量子比特硅光子芯片上实现了创纪录的性能。这些成就是与韩国高等科学技术院（KAIST）和意大利特伦托大学合作的结果，相关研究成果已发表在备受推崇的《光子学研究》和《APL光子学》期刊上。
作为进一步的进步，ETRI最近使用设计用于控制8光子量子比特的芯片展示了6量子比特纠缠。6量子比特纠缠代表了基于硅光子芯片的量子状态的创纪录成就。
基于光子量子比特的量子电路是目前积极研究构建通用量子计算机的最具有前景的技术之一。几个光子量子比特可以集成到一个小如指甲的硅芯片上，而这些微小的芯片可以通过光纤连接，形成一个庞大的量子比特网络，实现通用量子计算机的构建。光子量子计算机在光学网络的可扩展性、室温操作和低能耗方面具有优势。

光子量子比特可以使用光子的一对传播路径进行编码，一条路径被分配为0，另一条为1。对于4量子比特电路，需要8个传播路径，而对于8量子比特，则需要16条路径。量子状态可以在光子芯片上进行操作，包括光子源、光学滤波器和线性光开关，并最终使用高度敏感的单光子探测器进行测量。
8量子比特芯片包括8个光子源和大约40个控制光子传播路径的光学开关。这些40个开关中约有一半被特别用作线性光量子门。该设置为使用单光子探测器测量最终量子状态提供了量子计算机的基本框架。

研究团队测量了洪-欧-曼德尔效应，这是一个迷人的量子现象，即两个来自不同方向的不同光子可以干涉并沿着同一路径一起传播。在另一个值得注意的量子实验中，他们在4量子比特集成电路（5mm x 5mm）上展示了4量子比特纠缠状态。最近，他们已经将研究扩展到使用8量子比特集成电路（10mm x 5mm）的8光子实验。研究人员计划在今年内制造16量子比特芯片，并随后扩展到32量子比特，作为他们持续研究量子计算的一部分。
ETRI量子研究部助理副总裁Yoon Chun-Ju表示：“我们计划推进我们的量子硬件技术，以实现基于云的量子计算服务。我们的主要目标是开发一个实验室规模的系统，以加强我们在量子计算方面的研究能力。”
领导这一成就的ETRI量子计算研究部的Lee Jong-Moo表示：“全球范围内对量子计算机实际实施的研究非常活跃。然而，要实现实际的量子计算，尤其是要克服量子过程中噪声引起的计算错误，仍然需要进行广泛的长期研究。”
参考资料：DOI： 10.1063/5.0207714