量子計算新突破：微型聲光相位調製器尺寸僅頭髮百分之一

量子研究員最近取得重要突破，開發出新吉赫茲頻率聲光相位調製器，尺寸幾乎是人類頭髮直徑百分之一。論文發表於《自然通訊》期刊，代表量子計算向前邁進一大步。微型設備能精確控制雷射頻率，對大規模量子計算至關重要。

核心在製造過程，團隊採可擴展技術，類似現代計算機、手機及其他電器處理器。科羅拉多大學博爾德分校電機、電腦與能源工程系即將升讀博士生的Jake Freedman領導，與教授兼量子工程Karl Gustafson客座教授Matt Eichenfield共同主持，並與桑迪亞國家實驗室共同資深作者Nils T. Otterstrom等研究員合作，成功研發高效能且成本可控的微型設備。

晶片會產生吉赫茲頻率振動控制雷射光束，振動每秒振盪數十億次，以極高精確度調整雷射相位，並產生新頻率。新功能對推動量子計算及量子感測、量子網路等新興應用至關重要。

量子計算依賴精確光學頻率控制，研究員需精確雷射光束與單原子「對話」執行計算。這要求雷射頻率必須調整到極高精確度，通常需十億分之一範圍內調整。Freedman表示，能以非常精確頻率產生新雷射副本是操作基於原子和離子的量子計算機關鍵。

目前技術依賴大型桌面設備，消耗大量微波功率，無法擴展到將來量子計算數十萬個光學通道。Eichenfield指出，將來量子計算機需要更具可擴展性技術，避免使用手工組裝設備。

新設備能以大幅低於許多商業調製器微波功率產生新光頻率，不僅減少熱量，還能單晶片放置更多通道，使晶片成為管理量子計算複雜原子運作的強大系統。

另一個重點是，所有設備均在200mm晶圓商用CMOS製造廠生產，將來能大規模生產數千或數百萬個相同光子設備，滿足量子計算需求。團隊正在開發整合光子電路，將頻率、過濾和脈衝雕刻整合至同晶片，朝實現完整操作晶片的目標邁進。

團隊之後會與量子計算公司合作，測試新晶片用於最先進捕獲原子和中性原子量子計算機。Freedman表示，新設備是解開量子計算謎題的最後一塊拼圖，距離可擴展光子平台已經不遠。

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（首圖來源：Jake Freedman）