石墨烯帶可以實現光學量子計算機的新設計

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來自維也納大學和巴塞羅那光子科學研究所的科學家已經證明,定制的石墨烯結構使單光子能夠相互作用,這可能導致光學量子計算機的新設計。

光子幾乎不與環境相互作用,使它們成為存儲和傳輸量子信息的主要候選者。然而,該特征還使得操縱光子中編碼的信息特別困難。為了構建光子量子計算機,一個光子必須改變一秒的狀態。這種器件被稱為量子邏輯門,需要數百萬個邏輯門來構建量子計算機。實現此目的的一種方法是使用所謂的“非線性材料”,其中兩個光子在材料內相互作用。遺憾的是,標準非線性材料對于構建量子邏輯門的效率太低。

最近的一個實現是通過使用等離子體可以極大地增強非線性相互作用。在等離子體中,光與材料表面上的電子結合。然后,這些電子可以幫助光子更強烈地相互作用。然而,標準材料中的等離子體在可能發生所需量子效應之前衰減。

在他們的新工作中,由維也納大學的Philip Walther教授領導的科學家小組提議用石墨烯制造等離子體。為此目的,石墨烯中電子的配置導致非常強的非線性相互作用和極短時間存在的等離子體。

在他們提出的石墨烯量子邏輯門中,科學家們表明,如果在由石墨烯制成的納米帶中產生單一的等離子體,不同納米帶中的兩個等離子體可以通過它們的電場相互作用。假設每個等離子體激元停留在其帶狀物中,則可以將多個柵極應用于量子計算所需的等離子體。“我們已經證明,石墨烯中強烈的非線性相互作用使得兩個等離子體不可能跳入同一條帶”,這項工作的第一作者Irati Alonso Calafell證實了這一點。

該團隊選擇了一種利用石墨烯的幾種獨特性質的方法,每種石墨烯都經過單獨觀察。維也納的團隊目前正在對類似的石墨烯系統進行實驗測量,以確認其門采用現有技術的可行性。由于柵極天然很小,并且在室溫下工作,因此很容易按比例放大,這是許多量子技術所要求的。

weinxin
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