集成量子光子学

集成量子光子学用光、而不是电路来搭建量子处理器。超导芯片是沿着金属导线传送微波信号，光子芯片则是把一个个单光子引导着穿过刻在玻璃般材料里的极细通道。可以把它想象成印在晶圆上的一座迷宫，里面是比头发还细的透明管道：光子进入后，穿过分束器和弯道，彼此发生干涉，再从另一头出来、带着答案。因为信息是载在光上的，已经在传输互联网的那些电信波长和光纤可以直接接到芯片上，而且其中很大一部分是在室温或接近室温下工作，而不是在仅比绝对零度高一点点的环境里。

它的基本构件是波导、分束器、移相器和探测器，全都做在硅或氮化硅上。波导是一条埋在材料里、折射率更高的细条，它把光困住并引着它在芯片上绕行。分束器其实就是两根波导挨得足够近，让光子能在两者之间跳过去，这正是两条光路发生干涉的方式。移相器通过调节光程来设定干涉，最后探测器——往往是仍需冷却的超导探测器——在光子到达时'咔'地响一下。把一个量子比特编码进光子走了哪条路、或它的偏振里，再用这些元件精心编织成的网络，就能在单独一块硅上运行量子逻辑和量子链路。

说句实话，难点在于光子之间几乎不相互作用——这正是它们成为干净载体的原因，但也正因如此，双量子比特门很难做。标准的办法是让这些门带有概率性：只有当探测器恰好以正确的方式响起时操作才算成功，也许只有一小部分次数能成，所以你要做很多次尝试、再把成功的那些留下来。按需恰好产生一个光子、把它送进波导而不损失掉、再高效地探测到它，这几样如今都还做不到完美。光子学之所以是有力的竞争者，正因为它对电信友好、又部分在常温下工作，但和今天所有的技术路线一样，它规模仍小、损耗仍大、在大尺度上尚未得到验证——没有哪种路线胜出。