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本文是由半导体行业Zongheng（ID：ICViews）编写的，该文章使用集成的纠缠光源来扩展量子计算，从而克服了量子光子系统的传统限制。

最近，来自汉诺威的莱布尼兹大学（Leibniz University）的一支国际研究团队，特温特大学（Twente University）和Quix Quantum（Quinsum）展示了芯片上完全集成的纠缠量子光源。这一突破标志着量子技术可扩展性的重要一步，使量子光源能够集成到稳定的小型设备中。科学研究已发表在《自然光子学》中。片上量子光源由三个主要组件组成：一种非线性介质，该介质生成纠缠的光子对，激光和确保在特定频带中激光稳定性的滤波器。使用这种布局，上述团队创建了一个具有激光腔，使用Vernier效果的有效（55 dB）可调噪声抑制过滤器的量子光源，以及在四种谐振模式的电信带宽模式下自然混合光子对的非线性微层介质（带有大约1 thz的带宽）。该光源可以以620 Hz的惊人速率检测光子对，并且高巧合/意外比为80。一种新型的混合动力技术将磷化物激光器与单个芯片上的氮化硅过滤器结合在一起，从而可以减少光源尺寸。该技术适用于量子计算和量子网络，因为它可以将光源的大小降低超过1000倍。研究人员称，直到最近，量子光源仍需要外部和大型激光系统，这阻碍了他们在现场的应用。尽管存在这些障碍，但他们还是通过新的芯片架构和各种连接平台来克服它们。量子干扰测量的可见度高达96，状态断层扫描的密度矩阵重建都证实，源直接生成具有高频密度的纠缠量子状态（Qubits）。这可以放弃99的保真度。

光子量子位：叠加，纠缠和干扰是与量子计算直接相关的量子理论的基本思想。叠加是指粒子同时存在粒子可以存在的现象。纠缠是指粒子即使在物理距离上也可能彼此相关的现象。干涉是指颗粒可以增强或取消对方的现象。量子光源产生量子计算机和量子网络的基本组件，即量子位。光子量子位比其他形式的量子位具有多个优势，包括基于超导装置或捕获原子的量子。例如，光子Qubits不容易受到环境噪声的影响（环境噪声会破坏脆弱的量子系统），并且不需要冷却至低温。但是光子量子位更可能泄漏，因此纠缠——这是同时计算涉及多个量子位的必要步骤。改进的基于光的量子计算机需要光子整合——，以限制光子在电路上蚀刻的微米范围内的波导中传播。

可以大规模生产的完全集成的量子处理器的开发是构建量子计算机构的最困难的障碍之一。捕获离子量子位通常由单独的激光束控制，需要精确的对齐，但是当量子数增加时，这种方法变得不切实际。通过启用数十个甚至数百万个量子位，未来的量子设备将寻求降低量子计算机的复杂性，从而提高可扩展性。离子陷阱量子计算机通过库罗姆斯与单个原子作为量子量相互作用，在电离后将其带来正电荷。电磁场将这些原子排列为晶格模式，而激光产生改变电子状态的量子门。将这些量子位的芯片级控制结合在一起是最大的困难。尽管它们是常规的工具，但激光器可能会导致错误并且难以合并。

激光集成光子量子光源的频率纠缠光子对

设计此设计解决了量子光子学的许多重要问题。光源是一种基于氮化硅（SI3N4）的反馈电路的混合综合III III-V反射半导体光学放大器（RSOA）。 Fraunhofer HHI制造的700米长量子井放大器的增益约为1,550 nm。在III-V波导和SI3N4波导之间的粘合剂键合中，光系统具有完美的对齐。为了获得更好的性能，倾斜的表面和抗反射涂层会减少背部反射。波导反馈电路的集成减少了固有的激光线宽并消除了噪声，从而改善了纠缠光子的稳定性和质量。此外，SI3N4的低损失和强型非线性折射率有助于高功率运行和有效的光子产生。为了确保量子应用的最佳性能，该设备还包括一个微区谐振器（MRR），以改善信号传输和光子对生成。 SI3N4反馈电路包括基于光标效应设计的多个微孔谐振器（MRR）。 MRR的大小是精确的，以确保有效的过滤和单模激光器操作；选择环以减少损耗并保持低弯曲半径。该电路还包括用于热调节的电阻加热器，因此可以精确控制反馈机制。高反射性涂层和传奇环与平衡反馈的Mach-Zendel干涉仪（MZI）相结合，形成激光腔的镜像。优化图案匹配以最大程度地减少增益芯片，反馈芯片和纤维之间的损失，从而通过连接到极化控制纤维的提取端口来确保最佳效率。 Vernier滤波可实现高侧模排斥比（SMSR），可显着降低放大的自发辐射（ASE）噪声，从而增强了混合量子源的噪声抑制能力。该设计的最独特特征之一是信号光子的差异提取效率和MRR自发的四波混合（SFWM）产生的空闲光子对的差异提取效率。该设计确保了几乎100的非经典光子对提取率，同时最大程度地减少了在输出处的泵光子的存在，从而提高了量子使用的总体信号质量。微孔设计和Q因子调节对于系统性能很重要，因为它们平衡了相干长度，光子对生成速率和系统稳定性。该系统非常适合量子通信和计算应用程序，因为仔细调整耦合系数和热效应可以实现高相干时间和最小损失。这种完全集成的方法可实现可用于实际目的的较少且可重复的纠缠光子供应，这标志着迈向可扩展量子技术的重要一步。作为下一代量子通信和计算系统的强大竞争对手，光子对的生成率以及一致性与无指向比率（CAR）与其他平台相当。该发现克服了量子光子系统的传统局限性，并为更易于访问和更强大的量子设备开辟了道路，从而促进了量子信息处理科学的开发。 *语句：本文是由原始作者创建的。本文的内容是他的个人意见。我们的重印仅用于分享和讨论，并不意味着我们同意或同意。如果您有任何异议，请联系后端。