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

    量子運算將推動未來的計算機革命，催生性能超越大型超級計算機的小型硬件系統(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“鬼魅般的遠距作用(spookyactionatadistance)”──量子糾纏，指的是可靠來源的糾纏光子會反映彼此的狀態(tài)，無論它們在標準CMOS芯片上距離多遠。

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

    “我們的想法是將雷射光打入一個微小的環(huán)中，提高兩個光子交互作用的概率；我們認為這種方法特別可以用來產(chǎn)生糾纏的光子對。”帕維亞大學教授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)，能大幅強化光與物質(zhì)之間的交互作用，最新的實驗結(jié)果顯示那是可以透過設(shè)計達成、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)生在實驗室經(jīng)過證實的糾纏現(xiàn)象(但科學家們是利用笨重的昂貴儀器而非廉價的芯片)。

    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(代號是Alice與Bob)交換一組糾纏的光子對，例如把閑置的光子傳送給Alice，然后帶著信號的光子則傳送給Bob；Alice會對她的光子執(zhí)行特定的量測，取得隨機的結(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，因為糾纏現(xiàn)象，他所得到的隨機位字符串會跟Alice是一樣的。

    “然后它們之間就能利用那個隨機位字符串加密信號，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，其行為就會改變光子的特性，因此Alice與Bob就會發(fā)現(xiàn)有人在竊聽，并因此確保通訊的安全性。”

芯片上實現(xiàn)量子糾纏 催生未來的量子計算機

    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，催生未來的量子計算機以及無法破解密碼的芯片（來源：UniversitadegliStudidiPavia）

    未來該研究團隊打算將利用已知的方法添加另一個硅光子對，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)夢寐以求了數(shù)十年，現(xiàn)在可望因為這些科學家們發(fā)明的糾纏光子新來源而實現(xiàn)。

    “顯然下一步是要把所需的零組件整合到芯片上；我們的實驗結(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，則是透過外部的實驗設(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芯片里；而透過來自不同合作團隊的相關(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：“未來我們將在一個完全整合的平臺上打造必備的干涉儀(interferometer)，甚至是探測器(detector)；最終目標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。”

責任編輯：李嘉