东京大学工业科学研究所的研究人员已经解决了量子信息传输的一个基础问题，这将极大地提高集成电路和量子计算的实用性。资料来源:东京大学工业科学研究所

量子电子学代表了对传统电子学的重大突破。在传统的系统中，内存是以二进制的形式存储的。相比之下，量子电子学利用量子比特进行存储，它可以采用各种形式，包括被困在量子点纳米结构中的电子。然而，在相邻量子点之外传输信息的能力构成了一个重大挑战，从而限制了量子比特的设计可能性。

现在，在最近发表在《物理评论快报》上的一项研究中，东京大学工业科学研究所的研究人员正在解决这个问题:他们开发了一种新技术，可以在几十到一百微米的范围内传输量子信息。这一进展可以改善即将到来的量子电子学的功能。

传播机制

研究人员如何在同一量子计算机芯片上将量子信息从一个量子点传输到另一个量子点?一种方法可能是将电子(物质)信息转换为光(电磁波)信息:通过产生光-物质混合状态。以前的工作与量子信息处理的单电子需求不相容。以一种设计更灵活、与目前可用的半导体制造工具兼容的方式改进高速量子信息传输是研究小组的研究目标。

“在我们的工作中，我们将量子点中的几个电子耦合到一个被称为太赫兹分裂环谐振器的电路上，”该研究的主要作者Kazuyuki Kuroyama解释说。“设计简单，适合大规模集成。”

以前的工作是基于将谐振器与数千到数万个电子的集合耦合在一起。实际上，耦合强度是基于这个整体的大尺寸。相比之下，目前的系统只限制了几个电子，适合量子信息处理。然而，电子和太赫兹电磁波都被限制在一个超小的区域内。因此，耦合强度与多电子系统的耦合强度相当。

资深作者Kazuhiko Hirakawa说:“我们很兴奋，因为我们使用了在先进纳米技术中广泛存在的结构——通常集成到半导体制造中——来帮助解决实际的量子信息传输问题。”“我们也期待着将我们的发现应用于理解光电子耦合态的基本物理。”

这项工作是解决先前在传输量子信息方面令人烦恼的问题的重要一步，该问题限制了实验室发现的应用。此外，这种光-物质相互转换被认为是基于半导体量子点的大规模量子计算机的基本架构之一。由于研究人员的结果是基于半导体制造中常见的材料和程序，因此实际实施应该是直截了当的。

参考文献:“少电子量子点与太赫兹光学谐振器的相干相互作用”，作者:Kazuyuki Kuroyama, Jinkwan kwon, Yasuhiko Arakawa和Kazuhiko Hirakawa, 2024年2月9日，Physical Review Letters。DOI: 10.1103 / PhysRevLett.132.066901