國際合作研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的新型約瑟夫森結(jié)（Josephson junction）可以實(shí)現(xiàn)更高效的量子通信。

可以探測單個(gè)光子的約瑟夫森結(jié)

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，由雷神BBN科技公司、麻省理工學(xué)院、哈佛大學(xué)、浦項(xiàng)科技大學(xué)、西班牙光子科學(xué)研究所以及日本國家材料科學(xué)研究所組建的一支國際研究團(tuán)隊(duì)共同開發(fā)了一種探測單個(gè)光子或光粒子的新方法。

研究人員稱，這對于傳感器、通信以及更強(qiáng)大的量子計(jì)算處理器領(lǐng)域的應(yīng)用來說是一項(xiàng)非常有前景的研究成果。

研究小組已經(jīng)將這項(xiàng)圍繞新型約瑟夫森結(jié)元件的研究成果發(fā)表于Science期刊。這一發(fā)現(xiàn)基于同一團(tuán)隊(duì)先前對微波輻射探測器的研究基礎(chǔ)，相比現(xiàn)有系統(tǒng)的靈敏度提高了10萬倍。

雷神BBN科技公司的首席科學(xué)家Kin Chung Fong評價(jià)稱：“量子計(jì)算中的約瑟夫森結(jié)類似于現(xiàn)代電子學(xué)中的晶體管，所以它們非常重要。我們開發(fā)的新器件可以使量子計(jì)算中的這種基本單元能夠通過單光子進(jìn)行通信。它可以提高通信速度，使量子網(wǎng)絡(luò)和傳感成為可能。”

“量子計(jì)算機(jī)正在成為現(xiàn)實(shí)，有望開啟更快的處理，克服經(jīng)典計(jì)算機(jī)目前面臨的局限性。到目前為止，我們已經(jīng)意識到量子計(jì)算機(jī)理論上可以更好，正在解決獨(dú)特的優(yōu)化問題，但是，仍有一些技術(shù)限制需要解決，才能讓它們真正強(qiáng)大。”Kin Chung Fong補(bǔ)充說。

其中，背景噪聲就是一個(gè)例子，它會(huì)導(dǎo)致量子位丟失內(nèi)存，在處理過程中產(chǎn)生錯(cuò)誤。其他研究人員認(rèn)為這種噪聲是一個(gè)問題，但該研究團(tuán)隊(duì)的科學(xué)家把這個(gè)問題看作是一個(gè)機(jī)會(huì)。

他們使用的方法就好比高速公路，超導(dǎo)電荷扮演的是高速公路上的汽車。原則上，它們可以非常快速地移動(dòng)而不會(huì)互相碰撞。而背景噪聲就像是中央車道上一輛拋錨的汽車，它會(huì)影響交通。

這種對通道的干擾會(huì)阻礙數(shù)據(jù)傳輸，但同樣的現(xiàn)象卻可以通過利用基于石墨烯的約瑟夫森結(jié)探測單個(gè)光子，并使信息流繼續(xù)傳輸。這樣，數(shù)據(jù)傳輸就不會(huì)出現(xiàn)泄漏，這使得基于超導(dǎo)的超級計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)之間能夠以非常高的速度進(jìn)行連續(xù)通信。

這項(xiàng)研究成果表明，這一發(fā)現(xiàn)無疑是未來超導(dǎo)計(jì)算架構(gòu)中實(shí)現(xiàn)高速、低功耗光互連，探索將系統(tǒng)從一個(gè)設(shè)備擴(kuò)展到多個(gè)并行或互連設(shè)備的關(guān)鍵。

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