科學家將在芯片上實現(xiàn)量子糾纏

發(fā)布時間:

2015/01/30

　　量子運算將推動未來的電腦革命，催生性能超越大型超級電腦的小型硬體系統(tǒng)，且配備能阻絕所有駭客、無法破解的加密功能；不過在量子運算領域還缺了一塊，也就是愛因斯坦(Einstein)所提出的“鬼魅般的遠距作用(spooky action at a distance)”──量子糾纏，指的是可靠來源的糾纏光子會反映彼此的狀態(tài)，無論它們在標準CMOS晶片上距離多遠。而現(xiàn)在義大利帕維亞大學 (Universita degli Studi di Pavia)的科學家聲稱，他們已經與英國格拉斯哥大學(University of Glasgow)以及加拿大多倫多大學(University of Toronto)合作，突破了這個工程上的最后障礙。“我們的想法是將雷射光打入一個微小的環(huán)中，提高兩個光子交互作用的概率；我們認為這種方法特別可以用來產生糾纏的光子對。”帕維亞大學教授Daniele Bajoni表示：“以往我們發(fā)現(xiàn)，把光局限在環(huán)狀振諧器(resonator)內，能大幅強化光與物質之間的交互作用，最新的實驗結果顯示那是可以透過設計達成、并非偶然的現(xiàn)象。”晶片上的量子糾纏現(xiàn)象最立即的應用就是無法破解的加密，晶片廠商所要做的只有打造矽光子環(huán)狀振蕩器以及流行的量子加密演算法，就能產生在實驗室經過證實的糾纏現(xiàn)象(但科學家們是利用笨重的昂貴儀器而非廉價的晶片)。

　　Bajoni 解釋，利用量子糾纏現(xiàn)象最常見的加密演算法就是Eckert協(xié)議，其原理基本上就是讓傳遞資訊的雙方(代號是Alice與Bob)交換一組糾纏的光子對，例如把閑置的光子傳送給Alice，然后帶著訊號的光子則傳送給Bob；Alice會對她的光子執(zhí)行特定的量測，取得隨機的結果(例如1100101)，而如果Bob在他的光子上也執(zhí)行了正確的量測，因為糾纏現(xiàn)象，他所得到的隨機位元字串會跟Alice是一樣的。“然后它們之間就能利用那個隨機位元字串加密訊號，再用一般頻道來傳送；”Bajoni表示：“而如果有人竊聽Alice與Bob之間交換的糾纏光子，其行為就會改變光子的特性，因此Alice與Bob就會發(fā)現(xiàn)有人在竊聽，并因此確保通訊的安全性。”