液晶突破克服光子电路中的光学损耗，实现可扩展量子计算

摘要：光子电路对量子计算和人工智能等领域至关重要，但由于光学损耗增加，光子电路在扩展方面面临挑战。那不勒斯费德里科二世大学的研究人员通过开发一种基于液晶的平台解决了这个问题，该平台使光子电路能够处理数百种光学模式，同时将损耗增加降至最低。

光子电路对量子计算和人工智能等领域至关重要，但由于光学损耗增加，光子电路在扩展方面面临挑战。那不勒斯费德里科二世大学的研究人员通过开发一种基于液晶的平台解决了这个问题，该平台使光子电路能够处理数百种光学模式，同时将损耗增加降至最低。

他们的系统使用三个精确设计的液晶超表面，排列成紧凑的二维装置，可以高效模拟量子过程，如量子行走。这一进步克服了以前的限制，支持多达 800 种光学模式，这是通过一种创新算法实现的，该算法可以创建具有孤立涡旋的平滑图案，确保稳定的光传播。该技术的多功能性为低损耗光子电路开辟了新的可能性，增强了光子量子实验的能力。

光子电路通过操纵光来高效执行计算任务，在先进技术中发挥着至关重要的作用。这些电路在量子计算和人工智能等领域尤其有价值，因为它们能够以最小的能量损失处理信息。然而，扩展这些系统一直具有挑战性，因为电路尺寸和复杂性的增加会导致更高的光学损耗，阻碍多光子实验或全光 AI 等大规模应用。

那不勒斯费德里科二世大学的研究人员使用基于液晶 (LC) 的平台解决了这一挑战。他们的系统采用三个精确设计的 LC超表面，在紧凑的二维设置中处理数百种光学模式。与传统光子电路相比，这种方法显著减少了光学损耗，因为传统光子电路的损耗会随着模式的增加而增加。

该团队通过开发一种可创建平滑液晶图案的算法，克服了从一维系统过渡到二维系统的挑战。这些图案包含孤立的涡旋，可最大限度地减少光传播的干扰，并能够模拟多达 800 种光学模式。这一进步提高了可扩展性，同时保持了低损耗，这对于高效的光子操作至关重要。

该技术在量子模拟中的应用凸显了其在可扩展光子电路中的潜力。通过保持较低的光学损耗，LCMS 平台支持复杂的量子任务，展示了一种推进光子技术及其在量子计算中的应用的实用方法。

克服二维光子电路中的挑战

那不勒斯大学对液晶超表面 (LCMS) 的研究代表了光子电路的显著进步，特别是在随着模式数量的增加而管理光损耗方面。以下是关键点的有组织的总结：

液晶超表面 (LCMS)：它们充当可编程相位掩模，能够精确控制光传播，并通过模拟任意幺正变换来促进复杂的量子操作。

过渡到 2D 系统：团队使用创新算法成功从一维系统过渡到二维

系统，该算法可生成具有孤立涡旋的平滑液晶图案。这些涡旋可最大限度地减少对光传播的干扰，从而可以模拟多达 800 种光学模式，这比以前的系统有了显著的改进。

应用和多功能性：该技术用途广泛，不仅限于量子计算，还适用于需要精确光控制的各种计算任务，如数据处理或医学成像。

可扩展性和效率：通过在紧凑的设置中处理数百种模式，该平台提供了可扩展性，而不会大幅增加光学损耗，使其适合集成到现有技术中。

对量子计算的影响：减少光学损耗可以通过最大限度地减少噪声和干扰来提高量子操作的可靠性，这对于维持量子态的相干性至关重要。