可以基于量子物理學(xué)定律處理信息的技術(shù)的發(fā)展預計將對現代社會(huì )產(chǎn)生深遠的影響。

例如，量子計算機可能是解決當今最強大的超級計算機過(guò)于復雜的問(wèn)題的關(guān)鍵，而量子互聯(lián)網(wǎng)最終可以保護世界信息免受惡意攻擊。

但是，這些技術(shù)都依賴(lài)于“量子信息”，該信息通常以極難控制和測量的單個(gè)量子粒子編碼。

布里斯托大學(xué)的科學(xué)家與丹麥技術(shù)大學(xué)(DTU)合作，成功開(kāi)發(fā)了芯片級設備，該設備能夠通過(guò)在可編程納米級電路中產(chǎn)生和處理單個(gè)光粒子來(lái)利用量子物理學(xué)的應用。

這些芯片能夠對電路內部產(chǎn)生的光中的量子信息進(jìn)行編碼，并且能夠高效且極低地處理“量子信息”。該演示可以大大提高生產(chǎn)量子計算和通信所需的更復雜的量子電路的能力。

他們的工作發(fā)表在《自然物理學(xué)》雜志 上，進(jìn)行了一系列量子論證。

在一項突破性實(shí)驗中，布里斯托大學(xué)量子工程技術(shù)實(shí)驗室(QET Labs)的研究人員 首次 展示了兩個(gè)可編程芯片之間信息的量子隱形傳態(tài)，他們說(shuō)這是量子通信和量子計算的基石。

量子隱形傳態(tài)利用糾纏技術(shù)將量子粒子從一個(gè)地方轉移到另一個(gè)地方。隱形傳訊不僅對量子通信有用，而且是光學(xué)量子計算的基本構建塊。然而，事實(shí)證明，在實(shí)驗室中的兩個(gè)芯片之間建立糾纏的通信鏈接非常困難。

布里斯托爾(Bristol)的合著(zhù)者丹·里韋林( Dan Llewellyn) 說(shuō)：“我們能夠在實(shí)驗室中的兩個(gè)芯片上演示高質(zhì)量的糾纏鏈接，其中兩個(gè)芯片上的光子共享一個(gè)量子態(tài)。

“然后對每個(gè)芯片進(jìn)行完全編程，以執行一系列利用糾纏的演示。

“旗艦演示是一個(gè)兩芯片的隱形傳態(tài)實(shí)驗，其中在執行量子測量后，粒子的單個(gè)量子態(tài)在兩個(gè)芯片之間傳輸。這種測量利用了量子物理學(xué)的奇怪行為，它同時(shí)破壞了糾纏鏈接，并將粒子狀態(tài)轉移到已經(jīng)在接收器芯片上的另一個(gè)粒子。”

另一位合著(zhù)者， 同樣來(lái)自布里斯托爾的Imad Faruque博士補充說(shuō)：“基于我們先前對片上高質(zhì)量單光子光源的研究結果，我們構建了一個(gè)包含四個(gè)光源的更加復雜的電路。

“所有這些源都經(jīng)過(guò)測試，發(fā)現幾乎相同，它們發(fā)出幾乎相同的光子，這是我們進(jìn)行的一系列實(shí)驗(例如糾纏交換)的基本標準。”

結果表明，超高保真的量子隱形傳態(tài)達到了91%。此外，研究人員還能夠證明其設計的其他一些重要功能，例如糾纏交換(對于量子中繼器和量子網(wǎng)絡(luò )是必需的)和四光子GHZ狀態(tài)(在量子計算和量子互聯(lián)網(wǎng)中是必需的)。

根據DTU的合著(zhù)者丁云宏博士的說(shuō)法，低損耗，高穩定性和出色的可控性對于集成量子光子學(xué)極為重要。他說(shuō)：“由于基于DTU高質(zhì)量制造的最新低損耗硅光子技術(shù)，使得該實(shí)驗成為可能。”

主要作者，現在在北京大學(xué)的王建偉博士說(shuō)：“將來(lái)，量子光子器件和經(jīng)典電子控件的單硅芯片集成將為完全基于芯片的CMOS兼容量子通信和信息打開(kāi)大門(mén)。處理網(wǎng)絡(luò )。”