低能微波與高溫光子量子糾纏　量子計算機又有新突破

編譯／高晟鈞

近幾年來，科學家們正處於於從超級計算機向量子計算機過渡階段。儘管量子計算機有望解決材料科學和密碼學中的難題，並且與微晶片兼容，但對超低溫的需求限制了超導處理器的發展。

室溫下充滿了熱，很容易擾亂量子計算機中微波光子的量子特性。因此來自奧地與慕尼黑的研究小組，首次將低能微波與高能光子糾纏在一起，奠定了室溫超導計算機的基礎。

這項研究的第一作者Rishabh Sahu解釋說：「量子計算機的一個主要問題是噪聲（Noise），它泛指所有會對量子現象造成阻礙的干擾源，而其中一項便是熱。」如何所有電子儀器一樣，量子計算機也會產生熱，因此它必須與環境隔離並冷卻到極低的溫度（大約是－273攝氏溫度），以保持量子特性。

然而隨著添加的量子位與控制線路越多，產生的熱量就越多，保持冷卻的難度也愈大。根據科學界預測，單台量子計算機將在大約1,000個超導量子位元時達到卻極限。因此，研究團隊希望通過將多台計算機串聯起一個量子網路來解決這個問題。

但，它並不只是將電線串聯那般容易，連接需要考慮如何維持量子性質。因此，研究團隊希望通過微波光子（類似手機頻率），與高頻率光子（類似光纖網路）間的結合，來打破熱噪聲的桎梏；而挑戰在於如何讓兩者相互作用，並具有量子糾纏的性質。

實驗中，研究團隊使用了一種特殊的光電設備，一種由非線性晶體製成的光學諧振器，它能在存在電場的狀況下，改變物體的光學特性。研究團隊使用雷射光在幾分之一微秒內，將數十億個高頻率光子打入諧振器內。通過這種方式，一個光子會分裂成一對新的糾纏光子：一個是具有高能的光子，另一者則是低能的微波光子。

此研究的突破在於，它是第一個在兩個具有巨大能量尺度的光子對中，實現量子糾纏現象的實驗，而這是創建量子網路最關鍵、也是最重要的第一步。

資料來源:Phys.org

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