科学家开发量子技术通用转换器

该技术可以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，并将高达95%的信号几乎无噪声地转换。而且整个器件可以集成在一块硅芯片上，这正是日常计算机中使用的材料。

"这就像找到了一个几乎能正确翻译每个词、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·哈利法说，他在不列颠哥伦比亚大学应用科学学院和UBC布卢森量子物质研究所攻读博士期间进行了这项研究。

"最重要的是，该设备保留了远处粒子之间的量子关联，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，你就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。但为了在城市或大洲之间传输这些信息，需要将其转换为可在光纤电缆中传输的光学信号。这些信号极其脆弱，即使在转换过程中微小的干扰也可能将其破坏。

这对于量子计算机所依赖的纠缠现象是个问题——即无论距离多远，两个粒子都保持相互关联。爱因斯坦称其为"鬼魅般的超距作用"。失去这种关联意味着丧失量子优势。这项发表于《npj Quantum Information》期刊的UBC设备，能够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

该团队的模型是一种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磁性缺陷——故意嵌入硅中以控制其特性的磁缺陷。当微波和光学信号被精确调谐时，这些缺陷中的电子能高效地将一种信号转换为另一种信号，而不会吸收能量，从而避免了困扰其他转换方法的不稳定性。

该器件还能在极低功率（仅百万分之一瓦特）下高效运行。作者们提出了一种实用设计方案，将完美导电的超导组件与这种特殊设计的硅材料结合使用。

未来方向

尽管该研究目前仍处于理论阶段，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，"该研究的资深作者约瑟夫·萨尔菲博士说，他是电气与计算机工程系助理教授兼UBC布卢森量子物质研究所首席研究员。

"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点：硅基转换器可以利用现有的芯片制造技术构建，并能轻松集成到当今的通信基础设施中。"

最终，量子网络可能实现几乎牢不可破的在线安全、可在室内使用的GPS定位系统，以及解决当前无法企及的问题的能力，例如设计新药物或显著提高准确度的天气预测。