量子计算机规模化再进一步，超高速光子芯片成关键

德国科学家成功研发出超高速超低损耗的光学相位调制器，为量子计算机的规模化奠定了基础，同时有望推动新一代量子技术的发展。科研团队将铁电材料钛酸钡与III-V族光子学集成在同一芯片平台上，实现了对量子光的高精度操控。

维尔茨堡大学的研究团队通过发现一种在不破坏量子光所携带脆弱信息的前提下精确控制量子光的方法，攻克了量子计算最棘手的挑战之一。这个革命性项目由物理学系铁电35青年研究组负责人、博士生导师安德烈亚斯·芬宁教授主持，并获得了德国联邦教研部超过770万美元（折合人民币约5654万元）的资金支持。

据报道，这种能以极高速度控制光信号且几乎无损耗的新型芯片，有望加速量子光子学从实验室走向实际应用和大规模推广的进程。在经典光纤网络中，光学相位调制器通过极高速改变光相位来编码信息，是标准部件。但量子技术运作条件更为严苛，即便是极微小的光损耗或额外噪声都可能导致量子态坍缩。

为解决这一难题，芬宁团队创新性地将具有优异电光特性的铁电材料钛酸钡，集成到广泛用于芯片上产生量子光的III-V族光子学平台上。为保持铁电行为所需的高纯度，研究小组在实验室自主培育晶体。这种被称为分子束外延的方法，是材料研究中最精密的薄膜制造技术之一。

研究在戈特弗里德·兰德维尔纳米技术实验室的超高真空洁净室中进行。目前正在安装另一套系统，专门支持铁电35小组的研究活动。除了相位调制器，该团队还在构建完整的光子量子电路工具包，包括波导、耦合器和集成量子光源。每个组件都经过模拟、制造和测试的完整流程。

芬宁教授表示，他们正在构建一个组件库，可以实现电路设计、组装和直接制造，这就像用乐高积木搭建结构，只要将正确元素放置在正确位置，功能性电路就会逐渐成型。这种模块化策略不仅能够即时实验验证设计，还为实践教育打开了大门，让学生能在真实研究环境中设计和测试量子光子学布局。

虽然完全可扩展的量子计算机仍需多年发展，但这项新技术在先进通信和光信号处理领域已展现出近期应用前景。芬宁教授总结称，高速低损耗调制器对通信领域同样意义重大，这项技术有望为该领域提供重要推动力。

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