清大開發世界最小量子電腦 僅用一個光子解決問題

編譯／高晟鈞

由台灣清華大學物理系、前瞻量子科技研究中心教授褚志崧所領銜的研究團隊，成功研發出全世界最小的量子電腦，僅僅使用一個光子，便解決了質因數分解等複雜的數學問題。這除了是台灣研發出的第一套光學量子電腦，更是全世界首次以高維度光子來實現量子演算法的創舉。

光子的多重宇宙

在新聞發布會上，褚志崧團隊展示了由一條環狀光纖、一顆光子的量子電腦根據三階段的「秀爾演算法」（Shor’s algorithm），來完成複雜合數的因式分解。秀爾演算法是一種利用量子計算的力量來有效地對大型合數進行因式分解的量子演算法，象徵著假如有可用的量子電腦，我們可以破解非對稱加密的演算法（比如RSA加密演算法）。

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國外發展的光量子電腦雖能達到數百顆，卻為機率性出現，很難控制讓多顆光子同時出現，可能「這秒還在，下一秒就不見」的窘境。對此，褚志崧另闢蹊徑，將所有資訊集中在一顆光子上。而為了讓單光子可以攜帶更多資訊，團隊成功研發一種讓光子在高維度儲存資訊的技術，就像是一個「多重宇宙」。

我們都知道，一二三維空間分別代表「點」、「線」與「面」，而研究團隊所開發的光子則擁有驚人的「三十二維」空間，打破了世界紀錄。褚志崧比喻，這就像是將一輛單人腳踏車，改造成一輛32節的火車，如此一來，便能承載更多乘客。

單光子打破量子電腦困境

量子電腦之所以進步緩慢且難以普及，主要原因有兩個：溫度與環境干擾。眾所皆知，量子電腦非常敏感，但凡一點雜訊、振動或是磁場變化，便會導致訊息失真、遺失或是計算錯誤。再來，使用電離子的量子點腦需要在極低溫運行，這也是為什麼美國最先進實驗室中的量子電腦都配備了超大型冷卻系統，除了耗能，成本還非常高昂。

對此，褚志崧的單光子量子電腦，除了能在室溫下運行，還可以與目前的矽光子技術結合，與傳統二進位電腦整合，延續台灣在半導體領域的優勢。此外，光子還能進行更長距離的傳輸，不易受到干擾，對於量子電腦商業化具有獨特優勢。

清華大學的研究不只象徵著量子領域的一大里程碑，更是真正的創造了歷史，也讓世界看到台灣。

資料來源:Interesting Engineering、Focus Taiwan

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