科学家研发出量子技术'通用翻译器'

该技术可作为量子计算机的通用翻译器——使其能够长距离相互通信，并以几乎无噪声的方式转换高达95%的信号。整个装置可集成在硅芯片上，这种材料与日常计算机中使用的材料相同。

"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，"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学位期间进行了此项研究。

"最重要的是，该装置能保持远距离粒子间的量子关联，并且具备双向工作能力。没有这一点，你拥有的只是昂贵的独立计算机。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。但要在城市或大陆间传输这些信息，需将其转换为通过光纤传输的光学信号。这些信号极其脆弱，即使在转换过程中出现微小干扰也可能将其破坏。

这对量子计算机依赖的纠缠现象构成挑战——两个粒子无论相隔多远都保持关联。爱因斯坦称之为"幽灵般的超距作用"。失去这种关联意味着丧失量子优势。这项发表于《npj Quantum Information》的UBC装置，可在保持这些纠缠链路的同时实现长距离量子通信。

硅基解决方案

该团队设计的微波-光学光子转换器可在硅晶圆上制造。突破点在于精心设计的微小缺陷——人为植入硅中的磁性缺陷以控制其特性。当微波和光学信号被精确调谐时，这些缺陷中的电子能在不吸收能量的情况下实现信号转换，从而避免了困扰其他转换方法的不稳定性。

该装置在极低功率（仅百万分之一瓦特）下也能高效运行。作者们提出了一种实用设计方案，将超导元件（具有完美导电性的材料）与这种特殊设计的硅基材料结合使用。

未来展望

虽然目前仍处于理论阶段，但这项研究标志着量子网络发展的重要一步。

"我们并非明天就能建成量子互联网——但这清除了一个主要障碍，"该研究的资深作者约瑟夫·萨尔菲博士表示，他是电气与计算机工程系助理教授，同时担任UBC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性。我们的方法可能改变这一局面：基于硅的转换器可利用现有芯片制造技术构建，并能轻松集成到当今的通信基础设施中。"

最终，量子网络有望实现几乎牢不可破的在线安全、可在室内使用的GPS定位，并赋予解决当前无法攻克难题的能力，例如设计新药物或以前所未有的精度预测天气。