前言信源来源:
电子科技大学 《世界首个!四川团队研制出氮化镓量子光源芯片》2024.04.17
中国科学院 《两个量子光源首次实现量子纠缠》2023.01.29
百度百科 《量子互联网》
4月18日消息,四川日报和电子科技大学新闻网报道,我国科研团队研发出了世界第一个“氮化镓量子光源芯片”。
为我国量子互联网的建设提供关键器件的基础,量子互联网不会远了!
那么,这个氮化镓量子光源芯片到底是什么?
量子光源芯片“遇事不决,量子力学”,这似乎成为了一句调侃的话,但是科学家对量子领域的发展从来没有停止过。
如果要了解量子光源芯片,那么就先需要去了解什么是量子光源。
所谓的“量子光源”也就是可以产生作为量子比特的光子。
我国科技大学教授潘建伟及其同时等六位科学家,就通过调控6个光子的偏振、路径、轨道角动量,在全球实现了首次18个光量子比特的纠缠,刷新的世界记录。
2023年在《科学》杂志上,来自荷兰的科学家就解决了困扰科学家的多年难题,就是通过在两个纳米级别的芯片上,同时控制了两个量子光源,并且让他们实现“量子纠缠”。
实现了“量子纠缠”后,就是说两个量子光源无论距离有多远,都可以立刻互相影响。
因此,这种完全没有延时的特性,并且不限制物理条件的影响,因此成为了量子互联网的基础,也是高效率的量子计算机核心。
根据哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究院的研究,仅仅使用一个量子光源发射的100个光子中的信息,就可以超过目前全球最强大超级计算机所能处理的信息。
也就是说如果使用20个纠缠量子光源,科学家就可以制造出一个“超级量子计算机”。
这个量子计算机将会把人类的互联网带到一个新高度,成为真正意义上的“量子互联网”。
而其中,量子光源芯片就是量子互联网的核心材料。
可以把量子光源芯片理解为,点亮“量子房间”的“量子灯泡”,这个灯泡可以在处于联网状态用户,拥有量子通讯能力。
也就意味着,如果量子光源芯片加持,我们网络将会不再卡顿,不再具有高延时,一切都会变得“纵享丝滑”。
因此,可以见得“量子光源芯片”的重要性不言而喻,量子光源芯片对实现量子互联网起着关键作用。
而且,量子光源作为量子信息的一个载体,也是量子互联网中非常重要的一部,而且对其的芯片的控制,更是重中之重。
近年来的“量子光源芯片”由于材料科学进步,也逐渐变得小型化、精密化、器件化,因此往这方向努力,是非常重要的。
因此“量子光源芯片”的进步,或者说量子光源芯片技术越先进,建设量子互联网基础也就会更强大。
既然,量子光源芯片是量子互联网的基础。
那么,什么是量子互联网?量子互联网和互联网有什么不同?
什么是量子互联网要知道目前的互联网internet,也被成为国际网络。
国际网络就是将网络和网络之间组在一起的庞大网络,这个网络基本上覆盖了全球所有国家和地区。
从1969年开始建设,经过和全球计算机网络的互联,最后发展出覆盖全世界的全球性互联网,也就是我们目前使用的互联网。
包括现在正在使用手机和电脑,都是互联网终端的一部分,都可以之间联网和全世界进行通讯和交流。
因为互联网建设,我们人类获得迅速的发展,才拥有如此庞大的社交网络。
互联网的好处有非常多,可以不受空间限制的进行信息交换,就像我们使用聊天软件了解,即使在万里之外,我们讯息也可以很快抵达,可以了解到对方的状态。
通过使用互联网,也让我们人类的信息交换成本变得非常低,要知道几十年前搞个什么,都需要“信封”。
哪怕不用信封了,在几十年前也需要用电话,但是电话费在之前非得的高昂,国际长途那就更不用说了,贵的离谱。
不过,因为信息互联网的发展非常迅速,导致我们的通讯终端手机,就可以随时发送各种讯息给其他人。
不仅可以发送信息,还可以发送文件、程序、视频、照片因此,这让我们在信息交流上的成本非常非常低。
因此,完全代替之前的传统的信息交流方式,并且使用门槛还降得很低,基本上只需要会使用聊天工具就行了。
不过目前的互联网还是很有缺点的!
那就虽然互联网信息交换基本上都没什么问题,但是还是具有延时,或者有些信息会因为网络通讯堵塞或者bug,导致信息无法及时发送出去。
而量子互联网是运用量子力学原理传输的信息的互联网,因为量子的特性可以立刻互相影响,因此量子互联网在通讯方面的强大不言而喻。
如果量子互联网建设完成,在信息交换的延时上可以几乎没有了。
而且目前的互联网也不太安全,很多信息可以被监控、拦截,甚至修改。
但是量子互联网可以很好的解决这个问题。
由于对量子体的任何测量,哪怕只是监控看一下,都可以被视为对量子体进行了修改。
所以任何针对量子信息任何窥探,都会留着痕迹,会被量子信息的接收者受到,因此监控、拦截,修改那就更不用说了,基本上都会被发现。
因此量子互联网信息的安全性,将会提高到一个新维度。
更别说量子强大计算机能力了,因此量子互联网也是目前国家的研究方向。
也是新一代“互联网”未来,每个国家都想要占领这一块高地!
而我国这次研究的“量子光源芯片”也代表我国在这方面的重大突破。
那么,我国这次的“量子光源芯片”到底突破了什么?
量子纠缠的“灯泡”我国这次研究出的“量子光源芯片”作为量子互联网最核心的器件。
和之前或者其他国家的研制的“量子光源芯片”有所不同。
在之前,量子光源芯片大多数都是使用“氮化硅”进行制作和研发的。
而我国这次的量子光源芯片是通过“氮化镓”进行研制的,也是世界第一款“氮化镓量子光源芯片”。
使用氮化镓制作的量子光源芯片不仅是在材料上有所不同。
这次的研究团队还是,通过迭代的电子束曝光以及干法刻蚀的工艺进行“氮化镓量子光源芯片”的制作的。
通过使用电子束的曝光的和刻蚀工艺,不仅成功攻克了在高质量氮化晶体薄膜的生长方向难题。
并且还成功解决了,氮化镓波导侧壁与表面散射存在的损耗问题,因此无论是在工艺及和技术上,都成为了全球首次。
不过只是换了个一个材料而已,氮化硅和氮化镓制造出的“量子光源芯片”有什么不同?
的确是有很大的不同的,首先使用氮化镓制造出的量子量子官员芯片,在光源芯片的输出波长上就获得重大突破。
之前的氮化硅的波长输出范围只有25.6纳米,但是这款通过氮化镓制作的量子光源芯片在输出范围上整整高了4倍左右。
因此是得在这个方面和领域,或者巨大的提升。
并且通过电子科学大学的教授周强说明:
“氮化镓量子光源芯片为了量子互联网的建设提供了更多的波长资源,可以满足更多用户采用不同波长接入量子互联网络的需求”。
量子纠缠
那么,目前的量子互联网的发展到底是什么情况?
量子互联网目前发展其实,量子通讯及互联网在很早就提出了。
我国2019年12月国务院在《长江三角洲区域一体化发展规划纲要》中就提出:
“加快量子通信产业发展,统筹布局和规划建设量子保密通信干线网,实现与国家广域量子保密通信骨干网络无缝对接,开展量子通信应用试点。”
并且在今年的4月18日是我国全功能如国际互联网的三十周年。
工信部的新闻发言人总工程师赵志国在新闻发布会上表示:
“要全面加强新型信息基础设施建设,系统布局关键核心技术攻关,推动6G、下一代互联网、量子通信等前沿技术研发应用”
不仅是我国,美国在2020年8月的时候,美国能源部就发布了名为《建立全国量子网,引领通讯新时代》的报告。
并且美国能源部还提出了要在2030年建设美国全国性的量子互联网基本蓝图,以确保美国在量子通信和量子竞赛领域,属于领先地步。
不仅如此,欧洲的多个研究机构也成立“量子互联网联盟”。
并且荷兰还要在近几年,完成至少包括3-4量子中级的全节点的链路演示,以便为未来欧洲的量子互联网建设打下基础。
结语因此,这次电子科技大学的“氮化镓量子光源芯片”为我国在量子互联网建设上打下了关键的基础。
在不断“追新”之路上,我国离量子互联网又近了一点点,也希望未来量子互联网能够建设完成。
信源来源:
电子科技大学 《世界首个!四川团队研制出氮化镓量子光源芯片》2024.04.17
中国科学院 《两个量子光源首次实现量子纠缠》2023.01.29
百度百科 《量子互联网》
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