量子計算研究大躍進 量子電腦研發可期
2007/09/27 06:50記者:F57陳昶佑
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（法新社巴黎二十五日電） 研究人員今天宣佈，他們首度成功的在人造原子之間經由一段線纜傳輸數據，朝向超快量子計算科技新時代邁出重要一步。
美國兩組物理學家展示實驗過程，這或許能成為有朝一日大量生產量子電腦的基礎，而這種新型量子電腦的速度將遠快於當前最大的超級電腦。
科學家進行的實驗，是在兩個超導迴路「量子位元」間操縱單光子，所謂的單光子，是指個別的電磁能量團，沒有質量也沒有重量。
數據橫越一段奈米規模的迴路進行移動，這個迴路也就是所謂的「量子匯流排」，是一段長二十毫米的線纜，置於超低溫中以避免產生電阻。
美國國家標準暨技術協會研究團隊在學者席蘭巴率領下設計出這種線纜，它也可以短暫儲存資料達十個奈米秒，這顯示資料儲存是可能的。
耶魯大學學者梅吉率領團隊，則讓兩個量子位元間彼此產生交流。這兩項研究都刊登在英國「自然」期刊中。
梅吉說，這並不是科學家首次成功將一個量子位元與另一個連結。
但這是科學家首次利用等同於微型電腦晶片的物體，經由一段相對上的長距離完成這項實驗。
新型態的量子技術有數項特徵，能為未來大規模生產超強量子電腦鋪路。
其一為可擴展性，也就是製造多重固態量子位元網的可能性，但這到目前還無法達成。
加拿大滑鐵盧大學量子計算研究所所長拉弗賴米在看過研究報告後評論說：「這些研究報告證實透過量子匯流排可居中促成超導量子位元間的互動，而原則上這種量子匯流排是可擴展的。」
他說：「實驗顯示出加強量子對這些系統的掌控，而這攸關量子資訊處理器，更朝製造量子電腦邁出重要一步。」
另一項優勢則在於利用現行的晶片科技，製造量子位元以及連結各位元的迴路。
相較於目前的科技，量子計算可說是在質方面的重大突破。
相較於利用二進位法的零與一來保存資訊，量子計算則是根據量子力學的原則，而所謂量子力學控制了原子層級的狀態變化，又稱為「疊加現象」。
以目前數位科技，量子位元可以用零或一來表示，但如果進行反直覺的繞彎，便能同時保有兩個數值，若能控制並評估量子位元，將能大幅增加同步計算的次數。
梅吉說，光子可以在原子層級上運送資料，要操控它就是一個很大的挑戰。
以光速行進的光子一閃即逝，一看見就消失了，因為它在接觸視網膜時即消耗掉存在所需的能量。
光子可以電磁光譜中段的可見光形式呈現，也能呈現在光譜極端的X光與另一個極端的迦瑪射線。
梅吉說，「我們必須控制每一個單光子相對的電訊號。」他並指出，一隻手機每秒釋放一千億乘以一兆個光子，也就是一的後面加上二十三個零。
其他專家都認為這些發現是重要的突破。拉弗賴米說：「他們確實是偉大的研究，這些技術令人印象深刻。」
但他們也提醒，要製造出量子筆記型電腦，還有一段很長的路要走，並指出實驗有兩項主要限制。
梅吉坦承，目前仍無法逐步形成量子位元彼此互動的網絡，「要製造真正的量子電腦，必須製造出更多成對的量子位元，沒有數千最少也要數百」。
另一個問題則在於溫度，為了讓實驗運作，線纜必須冷卻至攝氏零下兩百七十三點一三度。
光電腦研發：科學家成功將光束"凍住"1秒鐘
澳大利亞科學家最近在《物理評論通訊》上報告說，他們成功地用新型光陷阱將光束“凍結”１秒鐘，這遠遠超過之前最長１毫秒的記錄。
澳大利亞國立大學的物理學家傑文·朗戴爾及其同事利用新型光陷阱，首次成功地將一個光脈衝“凍住”了足足１秒鐘的時間，這是以前最好成績的１０００倍。將“凍住”光束的時間大大延長，意味著可能據此找到實用方法，來製造光電腦或量子電腦用的存儲設備。
要使光停住腳步，需要一種特殊的陷阱，其中的原子溫度極低，幾乎靜止，以至於每個 原子都有著同樣的量子態。通常情況下，這樣一團凍結的原子是不透明的，但仔細校準後的鐳射能夠在其中“切割”出一條通道，使得一個光脈衝從另一方向傳播過 來時，陷阱相對於它來說是透明的。一旦切斷鐳射，陷阱立刻又變得不透明，光脈衝就被困在陷阱裏了。恢復鐳射照射，光脈衝將繼續傳播。
陷阱的秘密在於它並不像普通陷阱困住物體那樣困住光線，而是通過建立“量子衝突”來保存住光脈衝的資訊。鐳射和光脈衝對原子的作用是相反的，導致原子發生“糾纏”，處於兩種量子態的混合狀態。切斷鐳射時，原子吸收光脈衝，但光脈衝 並沒有丟失，原子仍然糾纏在不同量子態中，光脈衝的資訊給它們留下了印記。只要原子不移動或改變，就能完全保有光脈衝的資訊。
以前的光陷阱只能堅持約１毫秒，隨後就由於原子的移動而崩潰了。這次科學家利用摻有稀土元素鐠的硅酸鹽晶體，製造出一種“超級光陷阱”。由於晶體是固態的，而且鐠的磁穩定性非常好，因此這種陷阱保存光脈衝資訊的時間比氣體陷阱或不夠穩定的晶體陷阱要長得多。
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