量子電子學與傳統電子學大相逕庭。在傳統系統中，記憶體以二進位數位儲存。相較之下，量子電子學利用量子位元進行存儲，量子比特的形式多種多樣，包括被困在奈米結構量子點中的電子。然而，將資訊傳輸到相鄰量子點之外的能力是一個巨大的挑戰，從而限制了量子位元的設計可能性。

東京大學工業科學研究所的研究人員解決了量子資訊傳輸中的一個基礎性問題，這將大大提高積體電路和量子計算的實用性。資料來源：東京大學工業科學研究所

現在，在最近發表於《物理評論快報》上的一項研究中，東京大學工業科學研究所的研究人員正在解決這個問題：他們開發了一種新技術，可以在幾十到一百微米的範圍內傳輸量子資訊。這項進展可以改善即將問世的量子電子產品的功能。

研究人員如何在同一量子電腦晶片上將量子資訊從一個量子點傳輸到另一個量子點？一種方法可能是將電子（物質）訊息轉換成光（電磁波）訊息：透過產生光-物質混合態。先前的工作與量子資訊處理的單電子需求不符。改進高速量子資訊傳輸方式，使其在設計上更加靈活，並與現有的半導體製造工具相容，是研究小組的研究目標。

“在我們的工作中，我們將量子點中的幾個電子耦合到一個稱為太赫茲分環諧振器的電路中，”該研究的第一作者黑山和之解釋說。 “這種設計非常簡單，適合大規模整合。”

以往的工作都是基於諧振器與數千到數萬個電子集合的耦合。事實上，耦合強度是基於這個電子群的大尺寸。相較之下，本系統只限制了幾個電子，適合量子資訊處理。然而，電子和太赫茲電磁波都被限制在一個超小區域內。因此，耦合強度與多電子系統相當。

資深作者Kazuhiko Hirakawa 說：「我們很興奮，因為我們利用先進奈米技術中普遍存在的結構–這些結構通常被整合到半導體製造–來幫助解決一個實際的量子資訊傳輸問題。我們也期待著將我們的發現應用於理解光電子耦合態的基礎物理學。”

這項工作在解決先前量子資訊傳輸中的一個棘手問題上邁出了重要一步，因為該問題限制了實驗室研究成果的應用。此外，這種光物質相互轉換被認為是基於半導體量子點的大規模量子電腦的基本架構之一。由於研究人員的成果是基於半導體製造中常見的材料和程序，因此實際應用應該很簡單。

編譯自: ScitechDaily