科学家打造量子科技"通用接口"

该技术可用作量子计算机的通用翻译器——使其能够进行长距离通信，并以几乎无噪声的方式转换高达95%的信号。而这一切都集成在一块硅芯片上，这种材料与日常计算机所使用的材料相同。

"这就像找到了一个几乎每个词都准确无误、能完整保留信息且不添加背景噪音的翻译器，"研究作者穆罕默德·哈利法（Mohammad Khalifa）表示，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学位期间进行了此项研究。

"最重要的是，该设备能保持远距离粒子之间的量子连接，并且是双向工作的。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。但为了在城市或大陆间传输该信息，需要将其转换为可通过光纤电缆传输的光学信号。这些信号极其脆弱，即使在转换过程中微小的干扰也可能破坏它们。

这对于量子计算机所依赖的纠缠现象是个问题——两个粒子无论相隔多远都能保持连接。爱因斯坦称之为"鬼魅般的超距作用"。失去这种连接意味着失去量子优势。UBC的这项设备（描述于《npj Quantum Information》期刊）有望实现长距离量子通信，同时保持这些纠缠连接。

硅基解决方案

该团队的模型是一个可在硅晶圆上制造的微波-光学光子转换器。其突破点在于精心设计的微小缺陷——特意嵌入硅中的磁性缺陷，用以控制其属性。当微波和光学信号被精确调谐时，这些缺陷中的电子可将一种信号转换为另一种信号，且不吸收能量，从而避免了困扰其他转换方法的不稳定性。

该设备还能在极低功率下高效运行——仅需百万分之一瓦特。作者们概述了一种实用设计，该设计将超导元件（能完美导电的材料）与这种特殊设计的硅结合使用。

下一步计划

虽然该工作仍处于理论阶段，但这标志着量子网络发展的一个重要步骤。

"我们明天不会拥有量子互联网——但这清除了一大障碍，"该研究的资深作者、电气与计算机工程系助理教授、UBC布卢森QMI首席研究员约瑟夫·萨尔菲博士（Dr. Joseph Salfi）表示。

"目前，在城市间可靠地传输量子信息仍然具有挑战性。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的芯片制造技术生产，并能轻松集成到当今的通信基础设施中。"

最终，量子网络可能实现几乎牢不可破的在线安全、室内精准定位的GPS，以及解决当今无法企及问题的能力，例如设计新药物或以前所未有的精度预测天气。