科学家已经开发出一种拓扑光子芯片来处理量子信息，为可扩展量子计算机提供了更强大的选择。
由墨尔本皇家理工大学(RMIT)的Alberto Peruzzo博士领导的团队，展示了量子信息可以与芯片上的拓扑电路进行编码、处理和传输。该研究发表在《科学进展》上。
这一突破可能会促进新材料，新一代计算机的发展以及对基础科学的更深入理解。
来自皇家墨尔本理工学院的研究人员与米兰理工大学和苏黎世联邦理工学院的科学家合作，利用拓扑光子学制造了一个带有“分束器”的芯片，创造出高精度的光子量子门。
拓扑光子学是一个快速发展的领域，旨在研究新光学背景下物质拓扑相的物理学。
“我们预计新的芯片设计将为研究拓扑材料中的量子效应以及集成光子技术中拓扑稳健量子处理的新领域开辟道路，” Peruzzo说。他是ARC中心量子计算与通信技术卓越中心(CQC2T)首席研究员，兼MRIT量子光子学实验室主任。
“拓扑光子学具有不需要强磁场的优点，具有本质上高相干性、室温操作和易操作性，”Peruzzo说，“这些是扩大量子计算机的基本要求。”
复制著名的Hong-Ou-Mandel(HOM)实验——它采用两个光子(光的最终成分)，并根据量子力学定律干涉它们——该团队第一次能够使用光子芯片来演示，拓扑状态可以经历高保真量子干涉。
HOM干涉是光量子计算的核心，它对于误差非常敏感。拓扑学上被保护的状态可以增加量子通信的稳健性，减少量子技术中常见的噪声和缺陷。这对于光量子信息处理特别有吸引力。
“以前的研究主要集中在使用’经典’ ——激光光的拓扑光子学，它表现为经典波。在这里我们使用单光子，其行为符合量子力学。”主要作者兼RMIT的博士生 Jean-Luc Tambasco说。
演示高保真量子干涉是使用单光子传输精确数据的先行者——量子通信是全球量子网络的基本组成部分。
“这项工作与量子技术和拓扑绝缘体这两个蓬勃发展的领域相交叉，可以促进新材料、新一代计算机和基础科学的发展。”Peruzzo说。
这项研究是CQC2T光子量子处理器计划的一部分。卓越中心正在开发使用光学和硅处理器的并行方法，以开发第一个量子计算系统。
CQC2T的澳大利亚研究人员已在量子信息领域建立了全球领导地位。该团队开发了独特的技术，可以在单个原子和光子的水平上操纵物质和光，在固态中证明了最高的保真度，最长的相干时间量子比特；固体中寿命最长的量子记忆；以及在光子量子比特上运行小规模算法的能力。
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