加州理工開發出可瞬間存儲資料的光量子記憶體晶片

加州理工大學的研究人員們,已經開發出了一款能夠以“光的形式”、“納米級速度”存儲量子資訊的電腦晶片。這標誌著量子電腦和網路的一項最新突破,在更小的設備上實現更快的資訊處理和資料傳輸。傳統電腦系統中的記憶體部件,只能將資訊以“0”或“1”的形式存儲。儘管仍處於實驗階段,但量子電腦的基本原理還是一樣的,即以“量子比特”來存儲資料 —— 除了“0”和“1”,量子比特還允許兩種狀態共存。

 

類似 Caltech 開發的這種光量子設備,能夠以光子的形式存儲和攜帶資訊。因其沒有電荷或品質,所以更快速、更安全。論文一作 Tian Zhong 表示:

 

這項技術不僅可以讓量子記憶體設備極小化,還能夠更好地控制單個光子和原子之間的交互。

 

該晶片由一列記憶體模組構成,每一格的長度為 15 微米、寬度為 0.7 微米,大小與紅細胞相當。這些模組包含了由摻雜稀土離子的晶體所造的“光學共振腔”(optical cavities),是專為捕捉和控制光子而設計的。

 

在將模組降溫至 0.5 開爾文(-727.7℃ / -458.8℉)之後,研究團隊借助一道重度過濾雷射光束,將單個光子發射到每個模組中(然後它們被稀土離子所吸收)。

 

光子會在那裡被保持 75 納秒的時間,然後被再度釋放。之後研究人員們檢查了這些光子,看它們是否仍攜帶相同的資訊。研究團隊稱,其錯誤率僅 3% 。

 

為了讓這種晶片成為量子網路中遠距離傳輸資訊的一種切實選擇,研究人員們還需要將資料的存儲時間持續至少 1 毫秒。

 

這是他們下一步的主要工作,此外也會尋找將晶片集成到其它電路中的方法。論文通訊作者 Andrei Faraon 表示:

 

可用來傳輸量子資訊的這類設備,是未來研發光量子網路不可或缺的部件。

 

有關這項研究的詳情,已經發表在近日出版的《科學》(Science)期刊上。