研究人员解决了传输量子信息的一个基本问题

（a） 左图显示了我们的QD-SRR耦合样品的图示。间隙长度L设计为1μm。右图显示了量子点区域的扫描电子显微镜图像。黑色十字代表AuGeNi欧姆触点。（b） 本函中考虑的2DES-SRR-QD耦合模型系统的图示。红线和蓝线以图形方式表示当假设体区域的填充因子为 2 时沿 SRR 传播的量子霍尔边缘通道。“LL1”和“LL2”分别是最低和第二低的Landau水平。图片来源：物理评论快报（2024 年）。DOI：

10.1103/PhysRevLett.132.066901

未来的量子电子学将与传统电子学有很大不同。后者中的内存存储为二进制数字，而前者存储为量子比特，量子比特可以采用多种形式，例如称为量子点的纳米结构中的捕获电子。然而，将这些信息传输到相邻量子点以外的任何位置的挑战限制了量子比特设计。

现在，在最近发表在《物理评论快报》上的一项研究中，东京大学工业科学研究所的研究人员正在解决这个问题，他们开发了一种新技术，可以在几十到一百微米的范围内传输量子信息。这一进步可以改善即将到来的量子电子学的功能。

研究人员如何在同一个量子计算机芯片上将量子信息从一个量子点传输到另一个量子点？一种方法可能是通过产生光-物质混合态将电子（物质）信息转换为光（电磁波）信息。

以前的工作与量子信息处理的单电子需求不相容。研究小组的研究目标是以设计更灵活的方式改进高速量子信息传输，并与目前可用的半导体制造工具兼容。

“在我们的工作中，我们将量子点中的一些电子耦合到称为太赫兹分裂环谐振器的电路上，”该研究的主要作者Kazuyuki Kuroyama解释说。“设计简单，适合大规模集成。”

以前的工作是基于将谐振器与数千到数万个电子的集合耦合。事实上，耦合强度是基于这个集合的大尺寸。相比之下，本系统只限制了几个电子，这适用于量子信息处理。然而，电子和太赫兹电磁波都被限制在一个超小的区域内。因此，耦合强度与多电子系统的强度相当。

“我们很兴奋，因为我们使用在先进纳米技术中广泛使用的结构 - 并且通常集成到半导体制造中 - 以帮助解决实际的量子信息传输问题，”资深作者Kazuhiko Hirakawa说。“我们也期待将我们的发现应用于理解光 - 电子耦合态的基本物理学。

这项工作是解决以前在传输量子信息方面令人烦恼的问题的重要一步，该问题对实验室发现的应用有限。此外，这种光-物质互换被认为是基于半导体量子点的大规模量子计算机的基本架构之一。由于研究人员的研究结果基于半导体制造中常见的材料和程序，因此实际实施应该很简单。

更多信息：Kazuyuki Kuroyama 等人，少电子量子点与太赫兹光学谐振器的相干相互作用，物理评论快报（2024 年）。DOI： 10.1103/PhysRevLett.132.066901.在arXiv上： DOI： 10.48550/arxiv.2204.10522