西蒙弗雷泽大学的研究人员在量子技术的发展方面取得了重大突破。他们的研究发表在《自然》杂志上，描述了他们对超过 150,000 个硅“T 中心”光子自旋量子比特的观察，这是一个重要的里程碑，它为构建大规模可扩展量子计算机和连接它们的量子互联网提供了直接机会。

量子计算具有巨大的潜力，可以提供远远超出当今超级计算机能力的计算能力，这可以推动许多其他领域的进步，包括化学、材料科学、医学和网络安全。

图1：硅晶格中的单个 T 中心量子位（渲染），它支持在硅中光学观察到的第一个单自旋。T 中心的成分（两个碳原子和一个氢原子）显示为橙色，可光学寻址的电子自旋为闪亮的淡蓝色。

为了实现这一目标，需要制造稳定、长寿命的量子比特来提供处理能力，以及能够使这些量子比特大规模连接在一起的通信技术。

过去的研究表明，硅可以生产出业内最稳定、寿命最长的量子比特。现在，Daniel Higginbottom、Alex Kurkjian 和合著者发表的研究证明了 T 中心（硅中的一种特定发光缺陷）可以提供量子比特之间的“光子链接”。这一成果来自SFU物理系硅量子技术实验室，由硅量子技术加拿大研究主席Stephanie Simmons和荣誉教授Michael Thewalt共同领导。

图2：一组集成光子器件，用于在硅中执行第一个全光单自旋测量。在每个“微型圆盘”的中心呈现一个单一的发光自旋。螺旋箭头表示来自这些自旋量子位之一的光子耦合。

“这项工作是第一次单独测量单个 T 中心，实际上，这是第一次仅通过光学测量来测量硅中的任何单个自旋，”Stephanie Simmons 说。

“像 T 中心这样的发射器结合了高性能自旋量子比特和光光子生成，非常适合制造可扩展的分布式量子计算机，因为它们可以同时处理处理和通信，而不需要连接两种不同的量子技术，一个用于处理，一个用于通信，”Simmons 说。

此外，T 中心具有发射与当今城域光纤通信和电信网络设备相同波长的光的优势。

图3：集成光子器件阵列的光学显微镜图像，用于在硅中进行首次全光学单自旋测量。在单个硅光子芯片上制造了数以万计的此类“微型圆盘”设备。

Simmons 说：“使用 T 中心，你可以构建与其他处理器固有通信的量子处理器，”“当你的硅量子比特可以通过在数据中心和光纤网络中使用的相同波段发射光子（光）进行通信时，你将获得连接量子计算所需的数百万量子比特的相同好处。”

利用硅发展量子技术为快速扩展量子计算提供了机会。全球半导体行业已经能够以低廉的成本大规模生产精密程度惊人的硅计算机芯片。从智能手机到世界上最强大的超级计算机，这种技术构成了现代计算和网络的支柱。

Simmons 说：“通过找到用硅制造量子计算处理器的方法，你可以利用多年来用于制造传统计算机的所有发展、知识和基础设施，而不是为量子制造创造一个全新的行业。”“这代表着在量子计算机的国际竞赛中几乎不可逾越的竞争优势。”

原文链接：https://phys.org/news/2022-07-photonic-link-enable-all-silicon-quantum.html

---煤油灯科技victorlamp.com翻译整理---