量子網路革新 提高信息傳遞保真度

編譯／高晟鈞

量子計算機所具備的量子特性，使其能做到現今大多數工程計算機所難以處理的問題。有別於一般的物理特性，量子所帶來的量子優勢，使其不只侷限在無線通信上，甚至能涵蓋從金融到製藥等不同領域。

然而構建大型量子計算機的一大挑戰，如何有效連接不同信息節點的方式。這些節點就如同現今時常聽到的路由器，它能連接乙太網路到像是電腦、印表機等設備；然而，這些傳統信息設備並不能直接轉化成量子設備。

同時，不同於傳統0與1的信息位元存儲，量子信息可以同時為0與1；這使得量子位元所攜帶的信息變得更複雜且脆弱。這些信息可以被光子所攜帶，而光子透過波導相互串聯。這些波導可以是單向或雙向的，但每個波導只能在一個方向移動光子；因此隨著量子網路的發展，如何有效向特定方向發射光子將成為最重要的課題，但透過額外組件加強單向波導容易使信息失真。

為了改善這點，研究團隊構建了一個包含4個量子位元的模塊。單個量子位元發射光子時，它向我左或向右的傳遞是隨機的；為了規避這個問題，研究人員利用兩個量子位元組合使其具備量子糾纏特性，以確保光子沿正確方向傳導。

簡單來說，信息的發送和接受方分別擁有兩個量子位元，分別為左側量子位元和右側量子位元，這兩個位元同時存在，且會發生量子干涉。根據量子糾纏，我們可以知道，只要決定其中一位元的狀態，便能得知另外一者的狀態；而研究團隊透過選擇正確的相位貝爾態，研究人員可以選擇光子穿過波導的方向。

最後利用相同的原理可以在另一模塊接受光子。光子有一定的頻率，與平時收聽電台相同，當我們選擇正確的無線電頻率，便能收到該頻率所傳輸的音樂。

這項技術實施了超過96%的保真度，通過有效地向特定方向發射光子，這將是實現量子網路架構化的重要一步，可以透過集合許多小規模的處理器組合成一個更大規模，且功能更強的量子處利器。

資料來源:Phys.org

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