科学家研制出量子技术“通用翻译器”

该技术可作为量子计算机的通用翻译器——使其能够远距离通信，并以几乎无噪声的方式转换高达95%的信号。整套系统可集成于硅芯片上，这种材料与日常计算机所用材料相同。

"这就像找到了一位几乎每个词都准确、信息完整保留且不产生背景杂音的翻译器，"研究作者穆罕默德·哈利法表示。他在UBC应用科学学院和UBC布卢森量子物质研究所攻读博士学位期间主导了该项研究。

"最重要的是，该装置能保持远距离粒子间的量子关联，并实现双向通信。若缺失此功能，昂贵的计算机只能独立运作。而有了它，就能构建真正的量子网络。"

技术原理

量子计算机使用微波信号处理信息。但要在城市或大洲间传输信息，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，即使转换过程中的微小干扰也可能将其破坏。

这对量子计算机依赖的"量子纠缠"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"鬼魅般的超距作用"。失去这种连接意味着丧失量子优势。发表于《npj Quantum Information》的UBC装置，可在保持纠缠链路的同时实现远距离量子通信。

硅基解决方案

该团队开发的微波-光学光子转换器模型可在硅晶圆上制造。突破点在于精心设计的微观缺陷——通过向硅中植入磁性缺陷来控制其特性。当微波与光学信号精确调谐时，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，避免了其他转换方法常见的不稳定性问题。

该装置在极低功耗（仅百万分之一瓦）下仍高效运行。作者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

虽然目前仍是理论成果，但标志着量子网络发展的重要突破。

"我们明天还建不成量子互联网——但这清除了主要障碍，"资深作者约瑟夫·萨尔菲博士表示。萨尔菲博士是UBC电子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。

"当前，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，并能轻松集成至当今通信基础设施。"

最终，量子网络将实现几乎牢不可破的在线安全、室内可用的GPS定位系统，以及解决当前无法突破的难题——例如设计新药物或显著提升精度的气象预测。