科学家找到方法像控制电子一样控制光子,可用于未来的量子计算机

科学家找到方法像控制电子一样控制光子,可用于未来的量子计算机

为了开发诸如量子计算机之类的未来技术,科学家将需要找到控制光子(光的基本粒子)的方式,就像它们已经可以控制电子(电子计算中的基本粒子)一样精确。不幸的是,光子比电子要难得多,科学家对电子之间作用力的理解就像孩子们理解磁力一样简单。

但是现在,由斯坦福大学领导的团队第一次创建了可以精确控制光子的伪磁力。在短期内,该控制机制可用于通过光缆发送更多的互联网数据。将来,这一发现可能会用于创建基于光的芯片,该芯片将提供比电子芯片拥有更大的计算能力。“我们所做的是如此新颖,以至于大量可能性才刚刚开始兑现。”第一作者,博士后阿维克·杜特(Avik Dutt)如此描述。

本质上,研究人员欺骗了非磁性的光子,使其表现得像带电的电子。他们通过使光子通过精心设计的迷宫来实现这一目的,这种迷宫使光子的行为就像科学家所谓的“合成”或“人工”磁场一样。

电气工程学教授,指导研究工作的资深科学家范汕洄说:“我们设计的结构产生的磁力能够以可预测的有用方式推动光子。”

尽管仍处于实验阶段,但这些结构代表了现有计算模式的进步。存储信息全都与控制粒子的可变状态有关,如今,科学家通过打开和关闭芯片中的电子以创建数字‘0’和‘1’来实现这一目的。比起简单的开关电子,使用磁性控制光子颜色(或能级)和自旋(无论是顺时针还是逆时针方向)相互作用的芯片产生的可变状态更多。与当今的电子芯片相比,这些可能性将使科学家能够在基于光子的设备上处理、存储和传输更多的数据。

为了将光子带入产生这些电磁效应所需的状态,斯坦福大学的研究人员使用了激光、光纤电缆和其他现成的科学设备。建立这些桌面结构使科学家们可以推断出所发现的现象背后的设计原理。最终,他们将创建体现这些相同原理的纳米级结构来构建芯片。范教授说,与此同时,“我们发现了一种相对简单的控制光的新机制,这令人兴奋。”


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