En enda T-center qubit i kiselgittret (render), som stöder det första enstaka snurret som någonsin observerats optiskt i kisel. Beståndsdelarna i T-centret (två kolatomer och en väteatom) visas som orange, och det optiskt adresserbara elektronspinnet är i lysande ljusblått. Kredit:Photonic
Forskare vid Simon Fraser University har gjort ett avgörande genombrott i utvecklingen av kvantteknologi.
Deras forskning, publicerad i Nature idag, beskriver deras observationer av mer än 150 000 kisel "T-center" foton-spin qubits, en viktig milstolpe som öppnar upp omedelbara möjligheter att konstruera massivt skalbara kvantdatorer och det kvantinternet som kommer att ansluta dem.
Kvantdatorer har en enorm potential att tillhandahålla datorkraft långt utöver dagens superdatorers kapacitet, vilket skulle kunna möjliggöra framsteg inom många andra områden, inklusive kemi, materialvetenskap, medicin och cybersäkerhet.
För att göra detta till verklighet är det nödvändigt att producera både stabila, långlivade qubits som ger processorkraft, såväl som den kommunikationsteknologi som gör att dessa qubits kan länkas samman i skala.
Tidigare forskning har visat att kisel kan producera några av de mest stabila och långlivade qubitarna i branschen. Nu ger forskningen publicerad av Daniel Higginbottom, Alex Kurkjian och medförfattare principbevis på att T-centra, en specifik luminescerande defekt i kisel, kan ge en "fotonisk länk" mellan qubits. Detta kommer från SFU Silicon Quantum Technology Lab vid SFU:s fysikavdelning, som leds av Stephanie Simmons, Canada Research Chair in Silicon Quantum Technologies och Michael Thewalt, professor emeritus.
En rad integrerade fotoniska enheter, som används för att utföra den första helt optiska enkelspinnsmätningen i kisel. En enda självlysande snurrning återges i mitten av varje "mikropuck". En spiralformad pil indikerar fotonisk koppling från en av dessa spin-qubits. Kredit:Photonic
"Detta arbete är den första mätningen av enstaka T-center isolerat, och faktiskt den första mätningen av en enskild spinn i kisel som utförs med endast optiska mätningar", säger Stephanie Simmons.
"En sändare som T-centret som kombinerar högpresterande spin-qubits och optisk fotongenerering är idealisk för att göra skalbara, distribuerade kvantdatorer, eftersom de kan hantera bearbetningen och kommunikationen tillsammans, snarare än att behöva gränssnittet två olika kvantteknologier, en för bearbetning och en för kommunikation", säger Simmons.
Dessutom har T-centra fördelen av att sända ut ljus med samma våglängd som dagens storstadsfiberkommunikation och telekomnätverksutrustning använder.
En optisk mikroskopbild av en rad integrerade fotoniska enheter, som används för att utföra den första helt optiska enkelspinnsmätningen i kisel. Tiotusentals sådana "micropuck"-enheter tillverkades på ett enda fotoniskt kiselchip. Kredit:Photonic
"Med T-center kan du bygga kvantprocessorer som i sig kommunicerar med andra processorer", säger Simmons. "När din kisel-qubit kan kommunicera genom att sända ut fotoner (ljus) i samma band som används i datacenter och fibernätverk, får du samma fördelar för att ansluta de miljontals qubits som behövs för kvantberäkning."
Att utveckla kvantteknologi med kisel ger möjligheter att snabbt skala kvantberäkningar. Den globala halvledarindustrin kan redan billigt tillverka datorchips av kisel i stor skala, med en svindlande grad av precision. Denna teknik utgör ryggraden i modern datoranvändning och nätverk, från smartphones till världens mest kraftfulla superdatorer.
Data som avslöjar den första optiska observationen av snurr i kisel. Tvålaserskanningar av ett enda snurr avslöjar signaturspindelade centrala toppar; här visualiseras experimentdata som en extruderad mosaik. Kredit:Photonic
Data som avslöjar den första optiska observationen av snurr i kisel. Tvålaserskanningar av ett enda snurr avslöjar signaturspindelade centrala toppar; här visualiseras experimentdata som en mosaikvärmekarta. Kredit:Photonic
"Genom att hitta ett sätt att skapa kvantberäkningsprocessorer i kisel kan du dra nytta av alla år av utveckling, kunskap och infrastruktur som används för att tillverka konventionella datorer, snarare än att skapa en helt ny industri för kvanttillverkning", säger Simmons. "Detta representerar en nästan oöverstiglig konkurrensfördel i den internationella kapplöpningen om en kvantdator." + Utforska vidare
