“魔杖”激光技术

“挤”光源生成量子位的能力——相当于量子比特表示一个突破种族创造实用的基于光的量子计算机。提前宣布日本电信公司NTT,与东京大学的合作,2021年12月。

量子计算机是计算的未来,因为他们大大超越传统计算机对于某些类型的问题。但是一个典型的笔记本电脑可能有几十或几百个数十亿字节的RAM,今天大多数量子计算机是有限的只有少数量子位,因为他们需要超冷超导体保护电子自旋状态不受外界影响。相比之下,NTT光学技术在室温下运行,可以耦合到光纤,可能使一个激光产生数以百计的量子位。

“Optical-based量子计算方法有巨大的优势是可伸缩的,”解释Umeki武,一位杰出的研究员NTT设备技术实验室。“这会产生很大的差别与容错硬件制造量子计算机。”

NTT的squeezed-light来源的秘密在于一种特殊类型的晶体称为周期性极化铌酸锂(PPLN)。它能将入射激光转换为不同的颜色,允许访问的部分电磁波谱,传统激光不能达到,因此延长激光的应用范围。

尖端的变化

当他在1990年代,加入NTT Yoshiki Nishida PPLN波导-设备上,使工作波长转换以最小的能量损失。随着材料科学背景,Nishida任务是改善电信应用程序的全光波长转换器的性能。

但对这种波长转换器的需求锐减时,它在2001年的互联网泡沫破裂。改变方向,NTT决定目标生物医学领域等非传统市场,当时缺乏可靠的黄光激光图像化合物如荧光蛋白。

NTT波导的最有趣的一个方面是,“我们可以做任何颜色选择传入泵激光的波长,“Nishida指出,现在是助理教练在NTT电子光学组件的企业集团。这种能力允许研究人员和工程师调整激光波长为特定的应用程序。

PPLN波导可以执行这一壮举由于制造技术创建的模式点在铌酸锂晶片晶体的电偶极子交替点向上或向下。这种布局是理想的东西,如光子产生一个输出不同的颜色从高强度激光通过结合两个输入光子。

虽然研究人员可以计算所需的双色输入产生黄光激光器,典型的bulk-scale PPLN晶体不能产生足够的输出光的实际应用。“这个想法存在,但我们需要一种方法来提高其效率超过1000次,“Nishida回忆说。

效率问题的解决方案是在锋利的结束。PPLN晶片直接键合到衬底后,机械狭窄的山脊切成薄片的团队使用钻石刀片。这些脊集中输入光一个很小的区域,这使得非线性交互更有利。

Nishida表示惊讶的机械切波导学者概念首次宣布时,以较低的传播损失因为他们的抛光表面。另一个好处是一个圆形的输出模式模式,使光线很容易耦合到光纤。

增加的功能

“没有先前的研究在减少波导。我们这么做是因为腐蚀和化学蒸汽沉积技术是不存在的,“Nishida说。“客户感兴趣当他们看到的功能的方法。它非常紧凑和健壮,因为与一个典型的激光不同,它不需要特殊的空腔结构。”

2004年NTT证明黄色激光后,制造商快速激光共焦显微镜采用这项技术。此外,Nishida和他的项目团队收到内部NTT奖在non-telecom市场创造新的业务。

当研究人员开始欣赏的力量操纵和限制的PPLN波导光,他们应用技术等项目的高敏感度光学时钟和激光冷却技术采取原子接近绝对零度。Umeki这样一个科学家,他于2004年加入NTT的希望发展中现实的PPLN设备。

首先分配优化PPLN山脊制造新技术使用等离子体蚀刻锯,Umeki很快把他对PPLN技术的电信应用人才。其中包括长途系统的放大技术,减少噪音,和参数非线性过程,一个输入光子是分裂成两个新的光子,以颜色波长限制只有节能的原则。

“参数设备真的有利于用户,”Umeki指出。“你可以将一束激光通过光学纤维联系。”

一体化解决方案

Umeki帮助NTT光学技术应用于量子计算。2016年,研究小组报告进程创建一个“伊辛机”,一种计算机设计用于解决复杂的优化问题,模仿一个磁自旋网络。这种方法涉及创建一个网络耦合的光脉冲,产生PPLN波导,代表局部在光纤环旋转。

NTT的光学伊辛机器能够解决2000 -节点优化问题通过搜索强大的集体振荡模式,标明所以配置。这种可伸缩架构避免物理自旋系统的挑战。到2021年,NTT团队解决了使用类似的光学技术100000 -节点问题。

PPLN波导可以发挥重要作用的发展范围广泛的技术,包括量子计算机、光压榨机和宽带光通信网络。“我把它作为一个魔棒,你觉得一个向导,因为有很多应用程序,从超低噪声空间通信波长转换光学量子计算机,“Umeki说。

本文使用援助NTT(日本电报电话公司)。