科学家研制出量子技术“通用转换器”

这项技术可作为量子计算机的通用翻译器——使其能够在远距离间相互通信，实现高达95%的无噪声信号转换。整套系统可集成于硅芯片之上，这种材料与日常计算机所使用的基底完全相同。

"这就像找到了一位几乎能准确翻译每个词的翻译员，既能完整传递信息又不会产生背景杂音，"该研究作者穆罕默德·哈利法表示，他在UBC应用科学学院及布卢森量子物质研究所攻读博士学位期间主导了此项研究。

"最关键的是，该设备能保持远距离粒子间的量子关联，且实现双向通信。没有这种特性，你拥有的只是昂贵孤立的计算机；具备这一功能，才能真正构建量子网络。"

技术原理

量子计算机通过微波信号处理信息。但要将这些信息传输至不同城市或大洲，需将其转换为可在光纤中传播的光信号。这类信号极其脆弱，即使转换过程中的微弱扰动也会导致信息丢失。

这对量子计算机依赖的纠缠态构成严峻挑战——爱因斯坦称之为"鬼魅般的超距作用"的两个粒子无论相隔多远都保持关联。失去这种连接意味着丧失量子优势。发表於npj Quantum Information的UBC研究成果，在实现长距离量子通信的同时成功保持了这种纠缠态。

硅基解决方案

研究团队开发的微波-光子转换器可在硅晶圆上制造。核心技术突破在于硅基材料中精心设计的磁性缺陷结构，这些微米级工程缺陷可精确调控材料特性。当微波与光信号达到精准谐振时，缺陷中的电子可实现能量零损耗的双向信号转换，彻底解决了传统转换方式的不稳定性问题。

该器件在超低功耗下即可高效运行——仅需百万分之一瓦特。研究人员提出了结合超导元件与工程硅的实用化设计方案，前者可实现完美导电性能。

未来展望

尽管目前仍处于理论阶段，这一突破为量子网络发展奠定了基础。

"量子互联网不会明天就实现——但这项研究扫清了主要障碍，"资深作者约瑟夫·萨尔菲博士强调，他现任UBC电子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。

"当前，城市间的量子信息可靠传输仍是重大挑战。我们的硅基转换器可利用现有芯片制造技术生产，并能无缝集成至现有通信基础设施，这或将彻底改变现有格局。"

最终，量子网络将带来无法破解的网络安全协议、室内精准定位的量子GPS，以及突破现有计算极限的革新应用——从新型药物设计到高精度气象预测，解锁诸多科学难题的求解能力。