备受期待的基于量子科学的信息技术革命要求开发具有与当今计算机中使用的晶体管功能相当的突破性硬件。马里兰大学A. James Clark工程学院和联合量子研究所(JQI)的研究人员通过演示使用半导体芯片的第一个单光子晶体管，清除了这种量子兼容硬件开发的障碍。
晶体管是微型开关，是现代计算的基础。数十亿人在为智能手机，平板电脑和其他设备供电的计算机内部传输电信号。量子计算机将需要类似的硬件来操纵量子信息。但是这种新信息技术的设计限制是严格的，而今天最先进的处理器不能再用作量子器件。这是因为量子信息载体，称为量子比特，必须遵循量子物理学规定的根本不同的规则。
科学家可以使用多种量子粒子作为量子比特，甚至是构成光的光子。光子增加了吸引力，因为它们可以快速地远距离传送信息，并且它们与制造的芯片兼容。然而，制造由光触发的量子晶体管一直是具有挑战性的，因为它要求光子彼此相互作用，这通常不会发生。
由电气和计算机工程教授，JQI研究员和电子与应用物理研究所副主席Edo Waks领导的马里兰州研究团队使用量子记忆技术使光子相互作用，创造出第一个由半导体制成的单光子晶体管。
该设备中有许多孔，使其看起来很像蜂窝状。进入芯片的光线反弹并被孔图案困住。一个小晶体位于光强度最强的区域内，与传统的计算机存储器类似，这种晶体存储有关光子进入设备的信息。然后它可以有效地利用该存储器来调解与稍后到达芯片的其他光子的相互作用。
该团队观察到，单个光子可以通过与晶体相互作用来控制第二个光脉冲通过器件的传输。第一个光脉冲就像一把钥匙，打开第二个光子进入芯片的门。如果第一个脉冲不包含任何光子，则晶体阻挡随后的光子通过。这种行为类似于传统的晶体管，其中小电压控制电流通过其端子。在这里，研究人员用单个光子成功地取代了电压，并证明了他们的量子晶体管可以在器件的存储器耗尽之前切换包含大约30个光子的光脉冲。
“使用我们的晶体管，我们应该能够在光子之间执行量子门，”Waks说。“在量子计算机上运行的软件将使用一系列此类操作来获得某些计算问题的指数加速。
7月6日出版的“ 科学”杂志中描述的这种装置是紧凑的; 这些新晶体管中大约有一百万个可以装在一粒盐中。它速度快，能够每秒处理100亿个光子量子位。
根据斯坦福大学博士后研究员，在研究期间担任UMD研究生的硕士研究员Shuo Sun表示，通过实际工程改进，他们的方法可以让许多量子光晶体管连接在一起。该团队希望这种快速，高度连接的设备最终将导致处理大量光子量子比特的紧凑型量子计算机。
马里兰大学(UMD)拥有世界顶级量子科学和技术社区之一，现场有200多名量子研究人员。UMD的量子科学与技术合作伙伴和创业公司包括：
在联合量子研究所(UMD标准与技术研究所)，是基于UMD的校园，并致力于从理论到实验量子科学的广泛研究;
在联合中心量子信息与计算科学(QuICS)是UMD-NIST主动工作的理解和支持量子计算，包括提供量子软件去与量子硬件的全部承诺;
在陆军研究实验室为中心的分布式量子信息马里兰大学-Primary学术合作伙伴，芝加哥大学，威斯康星大学，和大学因斯布鲁克正在开发一种基于量子存储和光子之间的量子接口通信能力;
IonQ是一家量子计算创业公司，由UMD / JQI量子科学家Christopher Monroe，UMD Bice Zorn物理学教授和杰出大学教授共同创办。门罗还在为量子倡议制定蓝图方面发挥了主导作用。
