在过去的几年中，量子技术迅速发展，使得量子计算机的运算能力已经超过了经典超级计算机。然而，在各种实际应用中大规模调用量子系统并形成容错量子技术仍是一项挑战。光子技术的发展为远程量子网络应用可扩展的量子硬件打开了新的大门。这种网络具有跨多个量子设备的互连和用于量子计算和模拟实验的光路。高质量的光子态和快速、低损耗的可编程光路是光子量子技术路由和处理应用的核心思想。
近期，哥本哈根大学和明斯特大学混合量子网络中心的研究团队开发了一种新的集成铌酸锂薄膜的光子平台，并利用纳米光子波导中的量子点将该平台与确定性固态单光子源集成在一起。该成果以“High-speed thin-film lithium niobate quantum processor driven by a solid-state quantum emitter”为题发表在Science Advances上( DOI: 10.1126/sciadv.adg7268)。
研究人员在低损耗通路中以几千赫兹的速度处理生成的光子，并在高速通路上实现了各种关键的光子量子信息处理功能，开发了四模通用光子通路。实验结果表明，集成光子与固态确定性光子源相结合是可扩展量子技术发展的一个非常具有前景的方向。
由于铌酸锂材料的高透明度和高折射率等优异的光电特性，团队负责人Patrik Sund和他的同事将其与硅绝缘衬底相结合。这种新型光学平台非常适合与各种固态量子发射器一起工作，并具有在低温下工作的兼容性。
该团队将波导集成量子点源发射的单光子注入到铌酸锂光路中，以彰显光子量子信息处理的关键功能。他们在绝缘硅衬底上通过电子束光刻来对铌酸锂刻蚀出波导，然后在其上方覆盖一层氢硅氧烷层，最后将整体耦合到单模光纤上，以提高耦合效率，为高速光开关的设计提供了一种新方案。
快速光子路由器在光子量子计算中具有重要意义，它们可以在近确定性函数中安装多种模式的多路复用方案。Sund等人利用确定性量子发射器，通过旋转发射的光子流来实现网络方案，以降低光子量子计算架构的成本。他们在铌酸锂平台上集成了快速移相器，并展示了用于量子点发射光子的片上光子路由器。实验装置中的解复用器包含三个快速电光马赫曾德尔干涉仪开关级联在树形矩阵网络中。该装置表现出铌酸锂在绝缘体平台上路由量子点产生的光子的良好潜力。
具有可编程组件的多模量子光子干涉仪对于实现光子量子技术的核心功能至关重要该团队探索了量子点铌酸锂在绝缘体平台上进行此类实验的可能性，并实现了由六个马赫曾德干涉仪和十个相位调制器组成的网络设计的干涉仪。然后，研究人员将实验数据的测量分布与理论预测进行了比较。
通过这种方式，patrick Sund和他的同事展示了铌酸锂在绝缘体平台上处理来自新兴固态确定性源的光子的前景。该平台可以进一步优化可扩展量子技术。他们认为在实验中可以使用具有更高折射率的包层以获得最佳结果。绝缘体量子处理器上的高速铌酸锂提供了一种超越光子纳米结构的量子光子技术的扩展途径，以实现大规模的容错光子量子计算。
原标题：基于量子发射器驱动的高速薄膜铌酸锂量子处理器
