不列颠哥伦比亚大学的科学家研发出一款芯片级"量子通译器"，能够在最小损耗与噪声条件下实现微波信号与光信号的相互转换。该装置完整保留了关键的量子纠缠特性，具备双向互译能力，有望成为未来量子互联网的核心基础设施。通过利用硅基材料的人工缺陷及超导元件，该芯片实现了近乎完美的信号转换效能，同时具备极低功耗特性。若成功应用，该技术或将彻底变革加密通信、导航系统乃至药物研发领域。
该技术可作为量子计算机的通用翻译器——使它们能够在远距离上相互通信，并转换高达95%的信号，且几乎无噪声。整套系统可集成在一块硅芯片上，这种材料与日常计算机所用材料相同。
"这就像找到了一个几乎能准确翻译每个单词、保持信息完整且不添加背景杂音的翻译器，"该研究作者穆罕默德·哈利法表示，他在不列颠哥伦比亚大学应用科学学院和布卢森量子物质研究所攻读博士期间开展了此项研究。
"最重要的是，该器件能保持远距离粒子间的量子关联，并实现双向工作。若不具备此特性，你将仅拥有昂贵的独立计算机。有了它，你才能构建真正的量子网络。"
工作原理
量子计算机使用微波信号处理信息。但若要在城市或大陆间传输信息，需将其转换为能在光纤中传播的光学信号。这些信号极其脆弱，即使在转换过程中出现微小扰动也可能将其破坏。
这对量子计算机依赖的纠缠现象构成了挑战——即无论相距多远仍保持关联的两个粒子。爱因斯坦称之为"鬼魅般的超距作用"。丧失这种连接意味着失去量子优势。这项发表于《npj Quantum Information》期刊的不列颠哥伦比亚大学器件，可在保持纠缠链路的同时实现长距离量子通信。
硅基解决方案
该团队研发的微波-光学光子转换器模型可在硅晶圆上制造。突破点在于微工程缺陷——为控制材料特性而刻意植入硅中的磁性缺陷。当微波信号和光信号精确调谐时，这些缺陷中的电子可将一种信号转换为另一种，且不吸收能量，从而避免了困扰其他转换方法的不稳定性问题。
该器件在极低功率下（仅百万分之一瓦特）仍能高效运行。作者们提出了一种实用设计方案，将具有完美导电特性的超导元件与这种特殊设计的硅基材料结合使用。
未来展望
尽管该研究仍处于理论阶段，但它标志着量子网络发展的重要一步。
"我们明天还不会迎来量子互联网——但这消除了一个主要障碍，"资深作者约瑟夫·萨尔菲博士表示，他是不列颠哥伦比亚大学电气与计算机工程系助理教授兼布卢森量子物质研究所首席研究员。
"目前，在城市间可靠传输量子信息仍具挑战。我们的方法可能改变现状：硅基转换器可利用现有芯片制造技术生产，并能轻松集成到当今通信基础设施中。"
最终，量子网络将实现几乎牢不可破的在线安全、可在室内使用的GPS定位系统，并具备解决当今难以企及问题的能力，例如设计新药或显著提升精度的天气预测。