不列颠哥伦比亚大学的科学家们开发出一种芯片级装置，可作为量子计算机的"通用翻译器"。该设备能以极低损耗和噪声实现微波信号与光信号的双向转换，在保持关键量子纠缠特性的同时，其双向工作特性使其有望成为未来量子互联网的核心组件。通过利用硅材料的工程缺陷并结合超导元件，这种芯片级设备实现了近乎完美的信号转换效能，且功耗极低。若得以实现，这项技术或将彻底改变安全通信、导航系统乃至药物研发等领域。
这项技术可作为量子计算机的通用翻译器——使其能够进行远距离通信，并以近乎零噪声的状态转换高达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使用的完全相同。
"就像找到了一个能准确翻译每个词语、完整保留信息且不产生背景杂音的翻译器，"该研究作者穆罕默德·哈利法表示，他在UBC应用科学学院和Blusson量子材料研究所攻读博士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，并且实现双向工作。没有这个特性，你拥有的只是昂贵的独立计算机。有了它，才能构建真正的量子网络。"
工作原理
量子计算机通过微波信号处理信息。但要在城市或大洲间传输这些信息，需将其转换为能在光纤中传播的光学信号。这些信号极其脆弱，翻译过程中微小的干扰就可能导致损毁。
这对量子计算机依赖的"纠缠"现象构成挑战——无论相距多远，两个粒子始终保持关联。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。这项发表在《npj Quantum Information》的UBC设备，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
研究团队开发的微波-光学光子转换器可在硅晶圆上制造。突破性在于通过精心设计的磁性缺陷——人为植入硅晶体的结构瑕疵来控制其特性。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。
该设备在极低功耗下仍能高效运行——仅需百万分之一瓦特。研究者提出了结合超导元件（具有完美导电特性的材料）与这种特殊硅基结构的实用设计方案。
未来展望
虽然目前仍属理论阶段，但这项研究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——但这扫清了一个主要障碍，"研究资深作者约瑟夫·萨尔菲博士表示，他是UBC电气与计算机工程系助理教授兼Blusson QMI首席研究员。
"现阶段，在城市间可靠传输量子信息仍具挑战性。我们的方案可能改变这一现状：基于硅的转换器可利用现有芯片制造技术生产，并轻松融入当前通信基础设施。"
最终，量子网络将实现几乎无法破解的网络安全、室内可用的GPS定位，以及解决当前无法攻克难题的能力，例如设计新药物或显著提升天气预报精度。