到目前為止，不少研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)能用數(shù)個光子在小規(guī)模上進(jìn)行光學(xué)量子計(jì)算，“線性光學(xué)量子計(jì)算”的可行性已獲充分證明，但單光子量子計(jì)算仍然鮮有涉及。

研究人員稱，要打造一個高效的單光子量子計(jì)算系統(tǒng)，面臨的最大挑戰(zhàn)是將多個此前互不兼容的組件整合到一個平臺上。這些組件包括一個單光子源(例如量子點(diǎn))、路由設(shè)備（例如波導(dǎo)），以及用于操縱光子的腔體、過濾器，還有量子門裝置和單光子探測器。在新的研究中，研究人員創(chuàng)造性地將能產(chǎn)生量子點(diǎn)的單光子嵌入一段納米導(dǎo)線內(nèi)并將其封裝在一個波導(dǎo)當(dāng)中。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，需要有極高的精度，他們使用了一種名為“納米機(jī)械手”的部件。一旦進(jìn)入波導(dǎo)內(nèi)，研究人員就能操縱單光子使其進(jìn)入特定的光學(xué)電路。

負(fù)責(zé)此項(xiàng)研究的荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的伊曼·艾斯邁爾·扎德說：“我們提出并實(shí)現(xiàn)了集成量子光學(xué)，它能兼顧高品質(zhì)單光子源和硅基光學(xué)的優(yōu)勢，是一種混合解決方案。此外，與類似研究不同的是，該技術(shù)是完全確定的，即具備所選屬性的量子源與量子電路是一體的。新方法有望成為未來可伸縮集成量子光學(xué)電路的基礎(chǔ)部件。此外，該平臺還為物理學(xué)家研究納米尺度以及量子電動力學(xué)中光與物質(zhì)的相互作用提供了一種新工具?！?/span>

線性光學(xué)量子計(jì)算中最重要的性能指標(biāo)是單光子源與光子信道之間的耦合效率。低效率代表光子的損失，會降低計(jì)算機(jī)的可靠性。目前試驗(yàn)裝置已經(jīng)能夠達(dá)到24%的耦合效率，并且經(jīng)過對波導(dǎo)設(shè)計(jì)和相關(guān)材料的優(yōu)化，這一數(shù)據(jù)有望提升到92%。

除了提高耦合效率，研究人員還計(jì)劃在芯片上實(shí)現(xiàn)糾纏，以增加光子電路和單光子檢測器的復(fù)雜性，最終在芯片上集成量子網(wǎng)絡(luò)。