量子資訊儲存重大突破,保存時間比以往研究長 1 萬倍

稀土元素鈽在紫外線照射下發出螢光(圖:ANU)

澳洲國立大學(Australian National University,ANU)的研究團隊在量子技術上取得重大進展,這種技術使得量子計算和量子網際網路的發展更接近現實。由 ANU 物理研究學院副教授馬修·塞拉斯博士(Matthew Sellars)領導的研究團隊,發現使用稀土元素鉺製成的晶體,能延長量子系統的資料儲存時間。

 

延長資料儲存時間

塞拉斯博士在 ANU 的新聞稿表示:「我們已經證明,鉺晶體是建造量子網際網路的完美材料,它將能充分發揮量子電腦的全部潛能。我們 10 年前就有了這個想法,但許多同事告訴我們,這樣簡單的想法並不可行。看到目前的成果,很高興知道我們的作法是正確的。」

量子電腦和量子網際網路都是使用量子位元(Qubits)進行運算,這能同時運算 0 和 1 資訊的糾纏粒子(entangled particles),一般二進位電腦則只能運算 0 或 1 的資訊,因此量子位元能更快速地同時處理更多訊息。不過量子電腦的挑戰在於糾纏狀態的延長,只要能延長糾纏狀態,就能進而延長資料儲存的時間。

量子網際網路

塞拉斯博士與他的研究團隊從工程角度去解決這個問題,他們使用鉺晶體,以其獨特的量子特性,ANU 團隊能成功將量子訊息儲存 1.3 秒。這個時間比其他量子記憶體的相關研究多了一萬倍。此外,因為鉺晶體與現有的光纖網路運行在相同的波段,因此省去了必要的轉換過程。

ANU 研究員蘿絲·艾勒菲爾特博士(Rose Ahlefeldt)解釋:「過去,研究人員使用無法在正常波長運作下的記憶體,必須經過一個複雜的轉換過程,才能形成通訊波長。這樣效率非常低,也就是說他們必須做三件非常困難的事,而不是一件。」

雖然目前已發展出量子資料長距離傳輸的技術,但能長期儲存量子資料,對於完善量子通訊技術相當重要,也對於量子網際網路的發展至關重要。這種量子網路能確保更快速的訊息傳輸,以及「防駭」通訊,因為它使用一種量子密鑰進行加密,以保護訊息傳輸安全。也就是說,從量子網際網路發送的訊息不可能被任意更改。

塞拉斯博士表示:「建造量子電腦的工作常被比喻為 21 世紀的太空競賽。」資料能長期儲存在量子記憶體,在這場競賽中至關重要,而且這項新技術也能協助達成此一目標。此外,它還能用於連結不同類型的量子電腦,塞拉斯博士補充:「這將允許我們建造一個連結全球量子電腦的網路」,也就是「量子網際網路」。

 

參考資料:

  1. Rančić, M., Hedges, M., Ahlefeldt, R. & Sellars, M. (2017). Coherence time of over a second in a telecom-compatible quantum memory storage material, Nature Physics, doi:10.1038/nphys4254
  2. Wright, W. (September 2017). Quantum internet a step closer with data storage breakthrough, Australian National University Website
鄭啟仲
鄭啟仲 45 文章
中正資管所畢業,熟悉軟體工程與程式設計,喜歡吸收科普和技術新知,現為明日科學實習編輯。