一組研究人員宣稱他們使用個別電子而達成了量子遙傳quantum teleportation)。

量子遙傳及先前技術

量子遙傳,或者量子纏結(quantum entanglement)是由著名的物理學家愛因斯坦(Albert Einstein)所提出的現象。在量子遙傳下,能夠讓粒子間即便在物理上並未連接的情況下對彼此造成影響。不過,並非科幻電影中所出現的遙傳室般,量子遙傳所傳輸的是資訊而不是物質。

量子遙傳是在量子電腦中用來傳遞訊息的重要手段。傳統的電腦包括數十億顆被稱作位元的電晶體,而量子電腦則是在所謂「量子位元」(qubit)中替訊息編碼。每個位元具有單一二進位值,可能是 0 或 1,但是量子位元可以同時是 0 和 1。單一量子位元能夠同時具有多種狀態的能力使得量子電腦具有無限潛力。

科學家們最近指出成對的光子,一種不具質量的基本粒子,能夠形成纏結的量子位元,也就是量子資訊的基本單元。這個發現暗示著這些量子位元能夠藉由量子遙傳來傳輸資訊。

電子量子位元

然而,一項最近發表於科學期刊《自然-通訊》(Nature Communications)的論文,成為首篇展示藉由個別電子形成量子位元,能夠同樣地形成量子遙傳。

羅徹斯特大學(University of Rochester)物理系助理教授暨本篇論文的共同作者約翰·尼可爾教授(John Nichol)表示:「我們提供了所謂『纏結交換』(entanglement swapping)的例子。我們在兩顆電子之間形成了纏結現象,即使粒子之間並沒有交互作用;此外,我們也提供了『量子閘遙傳』(quantum gate teleportation)的例子,這是一種在使用量子遙傳的量子電腦上有用的技術。我們的研究顯示能夠在不具備光子的情況下形成量子遙傳。」

未來展望

讓電子在一段距離上未接觸地使用量子力學互動能夠帶動量子電腦發展上的技術革命。畢竟,在傳統電腦中的半導體就是使用電子來輸送資訊的。而改善量子電腦也能藉由提供更快且更有效率的處理器及感應器來使科技、醫學及科學革命化。

尼可爾教授表示:「個別電子是一種具有潛力的量子位元,因為它們很容易彼此交互作用,此外在半導體中的個別電子量子位元也是能夠擴充的。」

但是要在較長的距離上傳遞訊息仍然是一個巨大的挑戰,因為相較於光子能夠自然地長距離傳播,電子通常會被限制在一處上。尼可爾教授表示:「對於量子電腦而言,要在電子之間形成穩定的長距離互動是很重要的。」

參考資料:

  1. Tangermann, V., (2020, June 19). Scientists Demonstrate Quantum Teleportation Using Electrons. Futurism
  2. Qiao, H. et al., (2020, June 15). Conditional teleportation of quantum-dot spin states. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-020-16745-0
  3. Valich, L., (2020, June 19). Is teleportation possible? Yes, in the quantum world. Phys.Org
  4. 圖片來源:https://phys.org/news/2020-06-teleportation-quantum-world.html(圖:University of Rochester / J. Adam Fenster)

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