山東
利用光纖陣列發出激光的光學芯片。圖片來源：美國科羅拉多大學博爾德分校
科技日報北京12月15日電 （記者張佳欣）美國科羅拉多大學博爾德分校與桑迪亞國家實驗室聯合研究團隊研制出一種超微型光學相位調制器，其尺寸幾乎只有人類發絲直徑的百分之一，卻能以極低功耗、極高精度操控激光頻率，為未來大規模量子計算機提供核心支撐。相關成果發表于新一期《自然·通訊》。
在當前主流的離子阱和中性原子阱量子計算方案中，量子信息存儲于單個原子中。為了操控這些量子比特，研究人員需要通過高度穩定、頻率精確的激光束，與每一個原子“對話”，向它們下達執行計算的指令。每一束激光的頻率往往需要精確到十億分之一甚至更高，這對光學調制器提出了極高要求。
然而，現有頻率調制通常依賴體積龐大的桌面級電光調制器，不僅功耗高、發熱大，而且難以擴展到成千上萬條光學通道，成為制約量子計算規模化的關鍵瓶頸。
此次研發的新型光學相位調制器，利用每秒振蕩數十億次的微波頻率振動，對激光相位進行精確控制，從而在芯片上高效產生穩定的新激光頻率。實驗顯示，該器件在實現相同功能的情況下，微波功耗僅為多種商用調制器的約1/80。
更低的功耗意味著更少的發熱，使得更多光學通道可以緊密排列，甚至集成在同一塊芯片上。在此基礎上，研究人員能夠對大量原子所需的激光頻率和相位進行統一而精確的協調控制，形成一種強大且可擴展的原子操控系統，正是這些復雜而精密的操作，支撐著量子計算的實現。
這一器件并非實驗室“定制品”，而是完全采用CMOS工藝在晶圓廠中制造。CMOS是現代芯片產業最成熟、最具規模化能力的制造技術，廣泛應用于手機、計算機和各類電子設備中。
這一成果有望推動光學技術從體積龐大、能耗高的傳統光學器件，邁向高度集成、低功耗的光子芯片平臺。
來源：科技日報
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