研究方向 › 原子與奈米光子學
研究方向 C · 原子-奈米光子混合系統實驗室
光與物質介面
網路化量子電腦 Networked Quantum Computers
01
願景
沒有任何一台量子處理器能包辦一切。未來會像古典網際網路一樣:許多處理器,以光相連。 對中性原子機器而言,這意味著需要一個介面,能把靜止的原子量子位元轉換成飛行的光子量子位元—— 高效率、可重複,而且不破壞脆弱的量子態。
我們的目標是為鐿打造這個介面:設計奈米光子結構,讓單一原子與導波光強烈耦合, 使原子-光子糾纏成為隨手可得的資源——這是量子網路的基本鏈結,也是網路化量子電腦的骨幹。
02
奈米光子介面
當一根光纖被拉細到數百奈米——比它所導引的光波長還細——導波模有一大部分以漸逝場的形式行進在玻璃之外。 被囚禁在這種奈米光纖表面數百奈米處的原子,會與每一個經過的光子交互作用, 並以高機率把自己的輻射導入光纖。
在奈米光纖之外,光子晶體波導與微腔能把光壓縮到小於一個立方波長的體積,進一步提升單原子協同係數(cooperativity)。 這些晶片級結構就是強光-物質耦合的硬體——不需要笨重的鏡面腔。
鐿是理想的夥伴:鄰近電信波段的躍遷、長壽命亞穩態量子位元,以及時鐘等級的相干性, 讓一顆原子同時扮演記憶體、處理器與光學發射器。
03
邁向網路
把這個介面與我們的連續超冷原子源結合,效益將倍增: 介面上損失的原子被連續補充、糾纏產生可以高速率地重複嘗試直到成功、網路鏈路永不下線—— 與我們的連續光學鐘共享同樣「永遠在線」的哲學。
長期而言,我們的目標是中性原子處理節點之間的光子鏈路:分散式量子計算、糾纏增強的感測陣列, 以及在量子層次上相連的時鐘網路。