美国橡树岭国家实验室打造出全球首枚量子互联网一体化芯片

‌美国橡树岭国家实验室的科学家开发出全球首款集成关键量子光子元件的芯片，用于生成和操纵纠缠光子，推动了可扩展量子互联网的发展。这一突破使得量子信息能够通过现有的光纤基础设施传输，使用可大规模生产的芯片来降低成本和复杂性。

这项研究发表在《Optica Quantum》杂志上，重点研究了一种量子计算形式，该形式使用光子（光的粒子）来创建量子比特并传输和存储信息。与代表 0 或 1 的传统比特不同，量子比特可以通过一种称为量子叠加的现象同时存在于多种状态中。这使得更复杂、更强大的信息编码成为可能。这项研究还推进了量子网络的基础，量子网络旨在连接远距离的量子设备——这是实现量子互联网的关键一步。

“我们并不是第一个将这些元素中的任何一个放在芯片上的公司，但我们是第一个将这些特定功能放在单个芯片上的公司，”这项研究的资深作者、普渡大学副教授、ORNL 联合任教的 Joe Lukens 表示。“这些芯片可以按照标准化规格制造，这是确保大规模量产的关键。这样的产品使我们超越了桌面演示，走上了任何人都可以使用的量子互联网的道路。”

该芯片设计集成了微环谐振器等关键元件，微环谐振器可产生纠缠光子对，偏振分束器-旋转器可根据光的偏振将输入光分离到不同的输出路径。将单个芯片上的元件配对可直接产生宽带偏振纠缠。

ORNL 量子研究科学家、这项研究的合著者 Hsuan-Hao Lu 表示：“这些光子与现有的传统光纤电缆网络兼容。一旦我们能够生成和操纵这些光子，我们就可以使用日常现成的电信组件来完成大部分剩余的工作。”

该芯片展示了超过 116 对不同的通道（或光波颜色）用于传输。其中超过 100 个通道具有高保真度——该团队称这是一个“创纪录的数字”