整合量子光子學

整合量子光子學用光、而不是電路來搭建量子處理器。超導晶片是沿著金屬導線傳送微波訊號，光子晶片則是把一個個單光子引導著穿過刻在玻璃般材料裡的極細通道。可以把它想像成印在晶圓上的一座迷宮，裡面是比頭髮還細的透明管道：光子進入後，穿過分束器和彎道，彼此發生干涉，再從另一頭出來、帶著答案。因為資訊是載在光上的，已經在傳輸網際網路的那些電信波長和光纖可以直接接到晶片上，而且其中很大一部分是在室溫或接近室溫下工作，而不是在僅比絕對零度高一點點的環境裡。

它的基本構件是波導、分束器、移相器和偵測器，全都做在矽或氮化矽上。波導是一條埋在材料裡、折射率更高的細條，它把光困住並引著它在晶片上繞行。分束器其實就是兩根波導挨得足夠近，讓光子能在兩者之間跳過去，這正是兩條光路發生干涉的方式。移相器透過調節光程來設定干涉，最後偵測器——往往是仍需冷卻的超導偵測器——在光子到達時「喀」地響一下。把一個量子位元編碼進光子走了哪條路、或它的偏振裡，再用這些元件精心編織成的網絡，就能在單獨一塊矽上運行量子邏輯和量子鏈路。

說句實話，難點在於光子之間幾乎不相互作用——這正是它們成為乾淨載體的原因，但也正因如此，雙量子位元閘很難做。標準的辦法是讓這些閘帶有機率性：只有當偵測器恰好以正確的方式響起時操作才算成功，也許只有一小部分次數能成，所以你要做很多次嘗試、再把成功的那些留下來。按需恰好產生一個光子、把它送進波導而不損失掉、再高效地偵測到它，這幾樣如今都還做不到完美。光子學之所以是有力的競爭者，正因為它對電信友好、又部分在常溫下工作，但和今天所有的技術路線一樣，它規模仍小、損耗仍大、在大尺度上尚未得到驗證——沒有哪種路線勝出。