加州理工大学光量子内存芯片研发成功 2017-09-14

知识普及-带你了解光量子

光量子,简称光子,是传递电磁相互作用的基本粒子,是一种规范玻色子,在1905年由爱因斯坦提出。光子是电磁辐射的载体,而在量子场论中光子被认为是电磁相互作用的媒介子。光子静止质量为零。光子以光速运动,并具有能量、动量、质量

 

 

量子电动力学确立后,确认光子是传递电磁相互作用的媒介粒子。带电粒子通过发射或吸收光子而相互作用,正反带电粒子对可湮没转化为光子,它们也可以在电磁场中产生。光子是光线中携带能量的粒子。一个光子能量的多少正比于光波的频率大小, 频率越高, 能量越高。当一个光子被原子吸收时,就有一个电子获得足够的能量从而从内轨道跃迁到外轨道,具有电子跃迁的原子就从基态变成了激发态


光量子应用:更快速存储成为可能

众做周知:光纤通信改变了人们感知信息的方式,人们可以充分利用网络获取或者交换信息。而在量子领域,光纤内传输的单光子就是一种几乎理想的量子信息载体,它具有自由度多(包括极化、空间、相位和振幅等)、易探测、传输速度快、距离长、损耗低等优点

 

 

然而想要实现光量子存储,需要满足如下条件:

(1)存储时间需要与双方传输信息所需要时间相当。实际的量子网络中,节点间的距离可能是几百米到几百千米,对应的储存时间也由不到一微秒至十几毫秒不等。如果考虑复杂网络,则所需要的存储时间应达到秒的量级

(2)高效率,即存储成功的概率要尽可能高

(3)高保真度,即存储器读出的量子态要尽可能地与存储前的量子态相同。就目前而言,制备同时满足以上几点的量子存储装置仍然是非常困难的

 

 

利用光纤的延迟作用,配有光开关的光纤线圈可以作为短暂的光量子存储器。而此类存储器适用范围仅是微秒量级。当今,研究量子存储主要是基于量子态转移理论,即将动态光子的量子态转移到静态体系的激子态上。目前可知的量子存储器大致分为可读写量子存储、只写存储和只读存储三类


初步开发:比SSD快100倍

其实早在几十年前,科学家们就已经开始了基于光纤的存储芯片,随着研究的深入,一些颇具发展前景的解决方案也逐渐问世。但问题在于,这些技术方案都缺乏稳定性,需要持续通电来工作和存储数据,这也使得用它们来永久存储数据变成了件不可能的事

 

 

在2015年,牛津大学和卡尔斯鲁厄理工学院的研究者首次克服了这个障碍:研究者使用了和可擦写CD、DVD和蓝光光盘相同的技术制作出了一种非易失性光子存储芯片。这种新的解决方案利用了波导技术从激光当中将光线移动到 锗,碲和锑(GST)合金纳米涂层


“实现片上非易失性光子存储是一个长期但难以实现的目标,”研究团队表示,“通过电子存储延迟的降低以及光电转换的消除,光子数据存储可在现有计算机架构当中实现性能的大幅提升。此外,可随机访问的多层光子存储可实现计算能力的更大程度利用。但是,光子存储也因此变得更不稳定

 

 

但在实现商业应用之前,还有不少技术障碍需要客服。比如他们制作的原型机比商用存储芯片大了上百倍。该团队的研究者表示,实现商业化的技术已经存在,如果将他们的解决方案与光子逻辑芯片相结合,计算机的数据读取速度将可提升100倍

 

研发成功:瞬间存储未来之路

近日据外媒报道,加州理工大学的研究人员们成功开发出了一款能够以“光的形式”、“纳米级速度”存储量子信息的计算机芯片

 

 

作为量子计算机和网络的一项最新突破,意味着能够在更小的设备上实现更快的信息处理和数据传输。传统计算机系统中的内存部件,只能将信息以“0”或“1”的形式存储。尽管仍处于实验阶段,但量子计算机的基本原理还是一样的,即以“量子比特”来存储数据 —— 除了“0”和“1”,量子比特还允许两种状态共存,这项技术不仅可以让量子内存设备极小化,还能够更好地控制单个光子和原子之间的交互


技术分析:

该芯片由一列内存模组构成,每一格的长度为 15 微米、宽度为 0.7 微米,大小与红细胞相当。这些模块包含了由掺杂稀土离子的晶体所造的“光学共振腔”(optical cavities),是专为捕捉和控制光子而设计的

在将模块降温至 0.5 开尔文(-272.7℃ / -458.8℉)之后,研究团队借助一道重度过滤激光束,将单个光子发射到每个模块中(然后它们被稀土离子所吸收),光子会在那里被保持 75 纳秒的时间,然后被再度释放。之后研究人员们检查了这些光子,看它们是否仍携带相同的信息。研究团队称,其错误率仅 3% 

 

 

为了让这种芯片成为量子网络中远距离传输信息的一种切实选择,研究人员们还需要将数据的存储时间持续至少 1 毫秒;而作为下一步的主要工作,他们将会开始寻找将芯片集成到其它电路中的方法。而可用来传输量子信息的这类设备,是未来研发光量子网络不可或缺的部件;看起来,以光量子作为存储介质的未来似乎不会遥远了

 

(以上文章内容来源于网络)

 

小编寄语:

技术进步是无法停止的

我们能做的

就是不断学习

开拓视野

 

万博官网科技

 

(公众号ID:万博官网科技)

中国军工存储先行者

  1. 万博体育官网
  2. 业界资讯

地址:北京市海淀区上地九街9号数码科技广场北楼二层B-1

电话:86-10-50947666/62104316

传真:86-10-62101617

邮箱:sales@hongq.com.cn

网址:http://www.appletnet.com

招聘联系人:李艳强

联系电话:13552031952

招聘邮箱:liyq@hongq.com.cn