基于量子物理定律的信息處理技術(shù)的發(fā)展，將對現(xiàn)代社會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。例如，量子計(jì)算機(jī)可能掌握解決當(dāng)今最強(qiáng)大的超級計(jì)算機(jī)無法解決的復(fù)雜問題的關(guān)鍵，而一個(gè)量子互聯(lián)網(wǎng)可能最終保護(hù)世界信息不受惡意攻擊。然而，這些技術(shù)都依賴于“量子信息”，這些信息通常被編碼在單個(gè)量子粒子中，很難控制和測量。

布里斯托爾大學(xué)的科學(xué)家們與丹麥技術(shù)大學(xué)(DTU)合作，成功地開發(fā)出了芯片級別的設(shè)備，這些設(shè)備能夠通過在可編程的納米級電路中產(chǎn)生和操縱光的單個(gè)粒子來駕馭量子物理的應(yīng)用。這些芯片能夠在電路內(nèi)部產(chǎn)生的光中對量子信息進(jìn)行編碼，能夠高效、低噪聲地處理“量子信息”。這個(gè)演示可以顯著提高制造更復(fù)雜的量子電路的能力，而這些電路是量子計(jì)算和通信所需要的。

他們的研究成果發(fā)表在《自然物理》雜志上，并可在arXiv預(yù)印本服務(wù)器上免費(fèi)獲得預(yù)印本。在一項(xiàng)突破性的實(shí)驗(yàn)中，布里斯托爾大學(xué)量子工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)室(QET實(shí)驗(yàn)室)的研究人員首次演示了兩個(gè)可編程芯片之間的信息量子隱形傳態(tài)，他們認(rèn)為這是量子通信和量子計(jì)算的基石。

量子隱形傳態(tài)利用糾纏態(tài)將量子粒子從一個(gè)地方轉(zhuǎn)移到另一個(gè)地方。遠(yuǎn)距傳態(tài)不僅對量子通信有用，而且是光量子計(jì)算的基本構(gòu)件。然而，在實(shí)驗(yàn)室中建立兩個(gè)芯片之間的糾纏通信鏈路被證明是極具挑戰(zhàn)性的。布里斯托爾大學(xué)的合著者丹·盧埃林說：“我們能夠在實(shí)驗(yàn)室中證明兩個(gè)芯片之間存在高質(zhì)量的糾纏關(guān)系，其中兩個(gè)芯片上的光子共享一個(gè)量子態(tài)。”

然后，每個(gè)芯片都被完全編程，以執(zhí)行利用纏結(jié)的一系列演示。最重要的演示是一個(gè)雙芯片隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)，在量子測量完成后，粒子的單個(gè)量子態(tài)被傳送到兩個(gè)芯片上。這種測量利用了量子物理的奇怪行為，它同時(shí)瓦解了糾纏環(huán)節(jié)，并將粒子狀態(tài)傳輸給已經(jīng)在接收芯片上的另一個(gè)粒子。

同樣來自布里斯托爾的伊馬德·法魯克博士補(bǔ)充道：“基于我們之前對芯片上高質(zhì)量單光子源的研究結(jié)果，我們已經(jīng)建立了一個(gè)包含四個(gè)源的更復(fù)雜的電路。”所有這些源都經(jīng)過測試，發(fā)現(xiàn)它們幾乎完全相同，發(fā)射出幾乎完全相同的光子，這是我們進(jìn)行的一系列實(shí)驗(yàn)的基本標(biāo)準(zhǔn)，比如糾纏交換。

結(jié)果顯示，極高保真度的量子隱形傳態(tài)率達(dá)到91%。此外，研究人員還展示了他們設(shè)計(jì)的其他一些重要功能，比如糾纏交換(量子中繼器和量子網(wǎng)絡(luò)需要)和四光子GHZ狀態(tài)(量子計(jì)算和量子互聯(lián)網(wǎng)需要)。丁云紅博士認(rèn)為，低損耗、高穩(wěn)定性和良好的可控性對集成量子光子學(xué)非常重要。他說：“這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)之所以成為可能，是因?yàn)榛贒TU高質(zhì)量制造技術(shù)的低損耗硅光子學(xué)技術(shù)處于最先進(jìn)水平。”