一个不少于128个可调谐元件的光子芯片，被证明是一个真正的计算机“翘楚”，具有多种应用。在使用这种光子芯片测量波长的研究中，特恩特大学Caterina Taballione偶然发现了另一种应用——通过向系统发送单个光子而不是连续光，光学组件也可以执行量子操作，同样的芯片可以作为光子量子处理器。在芯片上操纵光现在已经可以达到非常高级的水平，特别是使用材料的组合。
研究人员可以用氮化硅制造损耗极低的光波导，或者用磷化铟制造窄激光光源。Caterina Taballione在研究论文中展示的芯片包含了许多组件，这些组件可以分割或组合来自不同通道的光，类似于一个铁路堆场。它也有环形谐振器，可以作为滤波器。优势在于它的组件可以从外部控制，使得芯片具有灵活性和可编程性，在量子光子学中也有应用。
温度控制
这些部件是通过温度来控制的，该芯片有许多所谓的马赫-曾德尔干涉仪，可以将光从一个光传导通道分裂成两个光波导。在两个通道重新连接之前，可以通过施加温度变化来控制其中一个通道。结果是来自两个通道的信号并不相同：它们有不同的相位，环形元件也可以进行温度控制。通过这种方法，Taballione能够提供一种非常精确测量光波长的方法。
为此，她将温度控制与人工神经网络相结合，该系统具有高度可重构性。这使得它适用于即将到来的5G移动标准。在这个标准中，无线信号必须非常精确地从基站定向到用户。计算天线的最佳组合，称为“波束形成”，通常是一项新芯片可以快速完成的任务，具有很高的能源效率。
量子计算
这些都是展示光子芯片潜力的强大应用。但是在输入端单独检测单个光子而不是连续光源的情况下呢？在这种情况下，这些成分支持典型的量子效应，如聚结、纠缠和叠加。在输出端检测到的光子是利用组件温度控制进行量子处理的结果。虽然单个光子光源和探测器通常在低温下工作，但量子处理器本身在室温下工作，因此，使用光子进行量子计算比使用量子位元更有优势。
量子位元只能在非常低的温度下工作，这使得芯片成为一个强大的量子实验平台，从而组件的数量、特别是当输入和输出的数量进一步扩大。包括单光子光源和探测器也将使系统更强大。因此，参与其中的德克萨斯大学科学家成立了一家新公司，让其他科学家和研发部门可以广泛使用这种芯片。
博科园｜研究/来自：特文特大学
DOI: 10.3990/1.9789036548038
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