中大量子光源晶片立大功 科研成果登上《Science》

新世代量子電腦 (Quantum Computer) 將開啟超高速計算技術的新紀元,創造無限的市場潛能。由中央大學、澳洲國立大學與美國橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory)組成的國際研究團隊,共同合作研究量子光學技術成果,刊登於2018年9月最新一期國際頂尖期刊《Science》。

下個世代的運算工具-「量子電腦」,是擁有極快的運算速度和整合龐大數據優勢的系統。一般電腦用簡單的0與1位元(bit)來儲存資訊,而量子電腦使用不同的運算邏輯,利用量子不確定性的本質作為基本原理,此特性使量子位元(qubits)的運算能力增加,得以進行大量資料的平行運算。

中央大學光電系主任陳彥宏與博士後研究員鍾宏彬,以此為研究主軸,耗時多年鑽研適用於量子計算與量子網路的光源。鍾宏彬解釋,量子網路及傳統光纖網路差別,在於量子網路所利用的量子光源具有不確定性與同步性的量子糾纏特性,此特性本質上與傳輸距離無關。因此,量子網路傳輸的保密性、速度及訊息量是傳統光纖網路傳輸所無法匹配的。

陳彥宏進一步表示,若能將整體量子元件製作成積體光電晶片,用途將更加廣泛與方便,而此重要研究陳教授已獲得科技部專題研究計畫與中央大學高教深耕特色領域「太空科學與科技研究中心」計畫的支持。

在此一突破性的科學研究中,最上游關鍵技術之量子光源晶片,為台灣第一次自行設計、製作再到驗證,100%全自製的非低溫第二類量子光源,由陳彥宏實驗室研發,並由鍾宏彬與澳洲國立大學團隊以此量子光源晶片建立第一套以奈米結構超材料(Metamaterial)量子鏡進行高效率傳輸、偵測及解構量子光訊息的成果。

文章內驗證了利用泵浦光(Pump)通過量子光源晶片及奈米尺度的超材料量子鏡,將複雜的糾纏光子對進行直覺式的分光觀測,嚴謹的透過結構設計、波導、極化反轉和溫度控制的量子光源建構下,配合超材料的簡易分光與重建原理,成功大幅度地減少量子現象檢測的困難度,並加速了量子電腦的微型化與實用化。其中,糾纏光子對如同雙胞胎,在絕對控制的狀態下,能夠一端發生狀況,另一端即時的反應,此項相互作用能夠在訊息傳輸的保密性上維持高度敏感,讓量子電腦的優點遠勝過於一般電腦。

現今,科學家將量子電腦的高效能運算,應用於高度保密、人工智慧、大數據處理、新藥開發、精確預報等領域,為人類提供更精準、更高速的訊息傳遞。目前此一高前瞻科技雖然尚未商業化、普及化,但此突破性的研究成果對於加速量子電腦的發展具有重大貢獻。

旺報 李侑珊

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