科学家开发出量子技术「跨平台翻译器」

该技术可作为量子计算机的通用翻译器——使它们能够进行长距离通信，并能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所用的材料相同。

"这就像找到一个能将几乎每个单词准确翻译、保持信息完整且不添加背景噪音的翻译器，"研究作者穆罕默德·哈利法表示。该研究是他在不列颠哥伦比亚大学（UBC）应用科学学院和UBC布卢森量子物质研究所攻读博士期间完成的。

"最重要的是，该设备能保持远距离粒子间的量子关联，并且是双向工作的。没有这个功能，你拥有的只是昂贵的独立计算机。有了它，你才能获得真正的量子网络。"

工作原理

量子计算机使用微波信号处理信息。但要将信息传输到城市或大洲之间，需要将其转换为可在光纤中传输的光学信号。这些信号极其脆弱，即使在转换过程中出现微小扰动也可能将其破坏。

这对量子计算机依赖的纠缠现象是个难题——两个粒子无论相隔多远都保持关联。爱因斯坦称之为"鬼魅般的超距作用"。失去这种关联就意味着丧失量子优势。UBC团队在《npj Quantum Information》描述的该装置，能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

该团队设计的模型是一种可在硅晶圆上制造的微波-光学光子转换器。突破点在于精心设计的微观缺陷——通过人为植入磁性缺陷来控制硅的特性。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完成信号转换，从而避免了其他转换方法常见的不稳定性问题。

该装置还能在极低功率下高效运行——仅需百万分之一瓦特。作者们提出了结合超导元件（具有完美导电性的材料）与这种特殊工程硅的实用设计方案。

未来展望

虽然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。

"我们明天还不会拥有量子互联网——但这扫清了一个主要障碍，"资深作者约瑟夫·萨尔菲博士表示，他是UBC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的通信基础设施中。"

最终，量子网络将实现几乎牢不可破的在线安全体系、支持室内工作的定位系统，并有望解决当前无法攻克的问题，例如设计新药物或大幅提升天气预报精度。