芯片上實(shí)現(xiàn)量子糾纏 催生未來的量子計(jì)算機(jī) —— 文章正文2015-05-28

    量子運(yùn)算將推動(dòng)未來的計(jì)算機(jī)革命，催生性能超越大型超級(jí)計(jì)算機(jī)的小型硬件系統(tǒng)，且配備能阻絕所有黑客、無法破解的加密功能；不過在量子運(yùn)算領(lǐng)域還缺了一塊，也就是愛因斯坦(Einstein)所提出的“鬼魅般的遠(yuǎn)距作用(spookyactionatadistance)”──量子糾纏，指的是可靠來源的糾纏光子會(huì)反映彼此的狀態(tài)，無論它們?cè)跇?biāo)準(zhǔn)CMOS芯片上距離多遠(yuǎn)。

    而現(xiàn)在意大利帕維亞大學(xué)(UniversitadegliStudidiPavia)的科學(xué)家聲稱，他們已經(jīng)與英國(guó)格拉斯哥大學(xué)(UniversityofGlasgow)以及加拿大多倫多大學(xué)(UniversityofToronto)合作，突破了這個(gè)工程上的最后障礙。

    “我們的想法是將雷射光打入一個(gè)微小的環(huán)中，提高兩個(gè)光子交互作用的概率；我們認(rèn)為這種方法特別可以用來產(chǎn)生糾纏的光子對(duì)。”帕維亞大學(xué)教授DanieleBajoni表示：“以往我們發(fā)現(xiàn)，把光局限在環(huán)狀振諧器(resonator)內(nèi)，能大幅強(qiáng)化光與物質(zhì)之間的交互作用，最新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示那是可以透過設(shè)計(jì)達(dá)成、并非偶然的現(xiàn)象。”

    芯片上的量子糾纏現(xiàn)象最立即的應(yīng)用就是無法破解的加密，芯片廠商所要做的只有打造硅光子環(huán)狀振蕩器以及流行的量子加密算法，就能產(chǎn)生在實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過證實(shí)的糾纏現(xiàn)象(但科學(xué)家們是利用笨重的昂貴儀器而非廉價(jià)的芯片)。

    Bajoni解釋，利用量子糾纏現(xiàn)象最常見的加密算法就是Eckert協(xié)議，其原理基本上就是讓傳遞信息的雙方(代號(hào)是Alice與Bob)交換一組糾纏的光子對(duì)，例如把閑置的光子傳送給Alice，然后帶著信號(hào)的光子則傳送給Bob；Alice會(huì)對(duì)她的光子執(zhí)行特定的量測(cè)，取得隨機(jī)的結(jié)果(例如1100101)，而如果Bob在他的光子上也執(zhí)行了正確的量測(cè)，因?yàn)榧m纏現(xiàn)象，他所得到的隨機(jī)位字符串會(huì)跟Alice是一樣的。

    “然后它們之間就能利用那個(gè)隨機(jī)位字符串加密信號(hào)，再用一般頻道來傳送；”Bajoni表示：“而如果有人竊聽Alice與Bob之間交換的糾纏光子，其行為就會(huì)改變光子的特性，因此Alice與Bob就會(huì)發(fā)現(xiàn)有人在竊聽，并因此確保通訊的安全性。”

芯片上實(shí)現(xiàn)量子糾纏 催生未來的量子計(jì)算機(jī)

    微小的20微米尺寸環(huán)狀振蕩器能發(fā)射連續(xù)的糾纏光子束，催生未來的量子計(jì)算機(jī)以及無法破解密碼的芯片（來源：UniversitadegliStudidiPavia）

    未來該研究團(tuán)隊(duì)打算將利用已知的方法添加另一個(gè)硅光子對(duì)，打造能讓其他人也能使用的完整芯片上量子糾纏引擎；這種特殊加密方法產(chǎn)業(yè)界已經(jīng)夢(mèng)寐以求了數(shù)十年，現(xiàn)在可望因?yàn)檫@些科學(xué)家們發(fā)明的糾纏光子新來源而實(shí)現(xiàn)。

    “顯然下一步是要把所需的零組件整合到芯片上；我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是使用硅晶環(huán)狀振蕩器做為糾纏光子的來源，但之后所發(fā)射光線的過濾以及糾纏的量測(cè)，則是透過外部的實(shí)驗(yàn)設(shè)置完成。”Bajoni指出，那些外部環(huán)境設(shè)置最終都能被整合到一個(gè)芯片里；而透過來自不同合作團(tuán)隊(duì)的相關(guān)研究成果，他們也找到了將濾光片(spectralfilters)與環(huán)狀振諧器整合的方法。

    Bajoni表示：“未來我們將在一個(gè)完全整合的平臺(tái)上打造必備的干涉儀(interferometer)，甚至是探測(cè)器(detector)；最終目標(biāo)是讓兩顆芯片透過光纖鏈接，為完整的量子加密解決方案執(zhí)行關(guān)鍵的數(shù)據(jù)交換。”

責(zé)任編輯：李嘉