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“芯片”是支持推算机
，手机
，互联网和其他利用法式沉要部件
。到2025年
，人类有望创造175 ZB（175万亿千兆字节）的新数据
。我们若何能力确保如此大量的敏感数据的安全性？以及若何利用这些数据来解决从隐衷和安全到气象变动等类似问题
，出格是在当前推算机职能有限的情况下？ 

新兴的量子通讯和推算技术是一个有但愿的代替规划
。

为了实现这一点
，将必要宽泛开发职能壮大的新型量子光学电路
。可能安全处置我们每天生成的大量信息的电路
。南加州大学莫克家族化学工程与资料科学系的钻研人员在援手实现该技术方面获得了突破
。

传统电路是电荷中的电子沿其流动的蹊径
，而量子光电路则使用按需一次天生单个光粒子或光子的光源
，充任信息携带位（量子位或量子位）
。这些光源是纳米尺寸的半导体“量子点”-数以万计至一百万个原子的微幼造作集中
，堆积在线性大幼的体积内
，该体积幼于埋在另一种相宜半导体矩阵中的典型人类头发厚度的千分之一
。

迄今为止
，它们已被证明是最通用的按需单光子产生器
。光学电路要求将这些单个光子源以规定图案安插在半导体芯片上
。而后必须沿疏导方向开释来自光源的拥有险些一样波长的光子
。这允许它们被把持以与其他光子和粒子形成相互作用
，以传输和处置信息
。

迄今为止
，这种电路的开发一向存在很大的阻碍
。例如
，在当前的造作技术中
，量子点拥有分歧的尺寸和状态
，并在随机地位上组装在芯片上
。点拥有分歧的大幼和状态的事实意味着它们开释的光子不拥有均匀的波长
。这种情况和地位挨次的不足使它们不合用于光学电路的开发
。

在最近颁发的工作中
，南加州大学的钻研人员批注
，的确能够从以精确模式分列的量子点以均匀的方式发射单个光子
。该当指出
，对准量子点的步骤是由首席信息官Anupam Madhukar教授及其团队在USC初次开发的
，将近30年前
，远远早于当前在量子信息方面的爆炸性钻研活动和对单芯片的兴致
。在这项最新工作中
，USC团队使用了这种步骤来创建拥有杰出的单光子发射个性的单量子点
。进展精确对准均匀发射的量子点的能力将使光电路的出产成为可能
，从而可能导致量子推算和通讯技术的新进展
。

该钻研成就由APL Photonics出版
，由目前在莫克家族化学工程和资料科学系担任钻研助理教授的张杰非
，以及相应的作者Anupam Madhukar
，肯尼斯·怕凤斯工程学教授和化学工程学教授进行
，电机工程
，资料科学和物理
。

张说：“这一突破为从单光子物理学的尝试室演示向量子光子电路的芯片级造作迈出了下一步
。” “这在量子（安全）通讯
，成像
，传感和量子仿照与推算中拥有潜在的利用
。”

Madhukar说
，必须以精确的方式对量子点进行排序
，以便能够把持从任何两个或多个点开释的光子在芯片上相互衔接
。这将组成量子光电路构建单元的基础
。

“若是光子的起源是随机搁置的
，那将无法实现
。” 马达胡卡说
。 “

目前允许我们在线互换的技术
，例如使用诸如Zoom之类的技术平台
，是基于矽集成电子芯片的
。若是该芯片上的晶体管没有搁置在精确设计的地位
，则不会集成电路”
，Madhukar说
。对量子点之类的光子源创建量子光路的要求是一样的
。

这项钻研得到了空军科研办公室（AFOSR）和美国陆军钻研办公室（ARO）的支持
。

陆军钻研办公室项目经理埃文·特伦斯特罗姆（Evan Runnerstrom）暗示：“这一进取是解决基础资料科学挑战（例如若何创建拥有精确地位和组成的量子点）若何对诸如量子推算等技术产生沉大下游影响的沉要例子
。是美国陆军作战能力发展司令部陆军钻研尝试室的组成部门
。“这批注ARO在基础钻研方面的指标投资若何支持陆军在网络等领域的悠久现代化工作
。 ”

为了创建电路的量子点的精确布局
，该团队使用了一种在1990年代初由Madhukar集团开发的称为SESRE（基板编码的尺寸减幼表延）的步骤
。在当前的工作中
，该团队在由砷化镓（GaAs）组成的扁平半导体衬底上造作了拥有界说的边缘方向
，状态（侧壁）和深度的规定尺寸的纳米台面阵列
。而后
，通过使用以下技术增长适当的原子
，在台面顶部创建量子点
。 

首先
，传入的镓（Ga）原子荟萃在表表能的作用下吸引的纳米级台面顶部
，并在其中沉积GaAs
。而后
，将进入的通量转换为铟（In）原子
，顺次沉积砷化铟（InAs）
，而后再沉积Ga原子以形成GaAs
，从而形成最终开释单个光子的所需单个量子点
。为了用于创建光学电路
，金字塔形纳米台面之间的空间必要用能使表表变平的资料填充
。不通明GaAs的最终芯片被描述为量子点位于其下的半通明覆盖层
。

“这项工作还创下了有序和可扩大量子点的新世界纪录
，其单光子发射的同时纯度大于99.5％
，并且所发射光子的波长均匀职能够达到：窄至1.8nm
，比典型的量子点好20到40倍
。”张说
。

张说
，通过这衷旖均性
，利用诸如部门加热或电场之类的既定步骤来微调量子点的光子波长以彼此精确匹配变得可行
，这对于在分歧量子点之间创建所需的互连是必要的
。用于电路
。

这意味着钻研人员初次能够使用成熟的半导体处置技术来创建可扩大的量子光子芯片
。此表
，该团队此刻的工作沉点是确定从一样和/或分歧量子点发出的光子若何一样
。不成分辨的水平是滋扰和纠缠的量子效应的中心
，这是量子信息处置（通讯
，感测
，成像或推算）的基础
。

张总结说：“我们此刻有一种步骤和一个资料平台
，可提供可扩大和有序的源
，以天生潜在不成分辨的单光子
，用于量子信息利用
。该步骤是通用的
，可用于其他相宜的资料组合以创建在一个或多个分子上发射的量子点
。宽泛的波长领域适合分歧的利用
，例如基于光纤的光通讯或中红表规划
，适合于环境监测和医学诊断
。”

光电和光子学AFOSR打算官员Gernot S. Pomrenke暗示
，片上按需单光子源的靠得住阵列是向前迈出的沉要一步
。

庞伦克说：“在量子信息钻研活动成为主流之前
，这项令人印象深刻的增长和资料科学工作必要三十多年的贡献心灵
。” “获得美国国防部其他机构的AFOSR初始资金和资源对于实现Madhukar
，他的学生和合作者俱有挑战性的工作和构思至关沉要
。这项工作极有可能彻底扭转数据中心
，医学诊断
，国防和国防部门的能力
。

起源：贤集网