可扩展的多功能设备为先进的量子应用奠定了基础

研究人员展示了一种新型多功能设备，它有助于提高固态色心的可扩展性，使其能够用于更大、更复杂的量子计算机和网络。作为高效的光子自旋界面，固态色心是量子比特节点(存储和处理量子信息的基本单元)的有希望的候选者。

固态色心是能够吸收和发射特定波长光的点缺陷。为了在现实世界的量子应用中发挥作用，它们必须能够以快速且可控的方式进行光学寻址，同时还允许对其光学跃迁频率和相干自旋进行微调。新设备可以在可扩展且低温兼容的平台内同时实现所有这些功能。

MITRE公司的D.AndrewGolter在2024年9月23日至26日于丹佛科罗拉多会议中心举行的光学+激光科学前沿(FiOLS)会议上展示了这项研究。

“未来大规模量子技术将需要包含所有必要功能的构建模块，同时还具有大规模可扩展性的潜力，”戈尔特说。“我们相信我们的工作是朝着设计这些构建模块迈出的重要一步。”

在MITRE量子登月计划的支持下，MITRE、麻省理工学院、桑迪亚国家实验室和亚利桑那大学的研究人员设计了一种低温集成片上系统设备，该设备包含锡空位色心，其光发射与芯片上的金刚石纳米波导耦合。

量子比特的光学和自旋跃迁可以通过集成微波线进行调整和操控，可以操控量子比特的量子态，还可以通过应变驱动悬臂进行操控，从而改变自旋中心的电子和光学特性。

此外，具有高速压电驱动功能的多通道原子控制光子集成电路可同时为多个量子位提供可编程的独立光激发。

研究人员表明，原子控制光子集成电路的每个输出通道都实现了高消光(>35dB)和高速(>30MHz)光切换，通道间串扰极小。结果表明，新器件可用于对耦合到独立光激发和收集通道的多个量子比特节点进行高保真应变和微波控制。

戈尔特说：“我们现在正致力于将这些色心量子比特控制设备与片上光子学结合在一起，目标是实现一个真正可扩展的量子信息处理平台。”