基于量子物理學(xué)定律而發(fā)展出的信息處理技術(shù),，然而這些技術(shù)都依賴于量子信息,，信息通常被編碼在單光子中,，它們在長距離傳輸量子信息以及精確處理量子信息方面具有獨(dú)特的能力,。
首個(gè)雙芯片之間的量子糾纏
最近,，來自英國布里斯托大學(xué)和丹麥技術(shù)大學(xué)的科學(xué)家們,，首次實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)計(jì)算機(jī)芯片之間的量子隱形傳態(tài),。
也就是說，在不需要任何物理和電子連接的情況下,，信息能夠從一個(gè)芯片即時(shí)傳送到另一個(gè)芯片,。這一壯舉可謂是為量子計(jì)算機(jī)和量子互聯(lián)網(wǎng)打開了大門。
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,。
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,。
他們能夠在實(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),。
利用量子糾纏進(jìn)行通信的能力
這項(xiàng)研究實(shí)現(xiàn)了第一個(gè)量子光子互連,，使用了最先進(jìn)的硅光子學(xué)技術(shù)，展示了高保真糾纏分布和兩個(gè)獨(dú)立的光子芯片之間的操作,。該研究描述了芯片間量子隱形傳態(tài)和真正的多光子糾纏,，它們是量子技術(shù)在硅光子電路上的核心功能。
在一組微諧振器源中產(chǎn)生了四個(gè)高純度和不可分辨性的單光子,，不需要任何光譜濾波,。隨著損耗的進(jìn)一步改善，這種量子光子互連將在量子系統(tǒng)和架構(gòu)中提供更高的靈活性,。
在該實(shí)驗(yàn)中,，英國布里斯托大學(xué)的研究人員獲得了光粒子之間的通信，這種通信是通過位于分離的硅芯片上的糾纏連接的,。
他們將攜帶量子信息的糾纏光子插入空間分離的硅芯片中,。然后通過測量第一個(gè)芯片上的光子，可以從另一芯片上糾纏的光子的變化中得出第一個(gè)芯片的原始狀態(tài),。因此該信息被間接復(fù)制在兩個(gè)芯片之間,。
目前這種量子中繼器仍是一種概念證明,，但是如果可以改進(jìn)和擴(kuò)展該技術(shù)，則它可能代表未來的量子互聯(lián)網(wǎng),。
IQOQI研究所的項(xiàng)目組負(fù)責(zé)人馬庫斯·胡貝爾和他領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì),，對英國合作者在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行的方法進(jìn)行了理論分析，認(rèn)為這種方法特別有前景,，因?yàn)閺脑砩现v,，它可以用已經(jīng)建立的材料來實(shí)現(xiàn)量子隱形態(tài)，例如硅芯片和光纜,。
該研究中多光子多量子比特態(tài)的產(chǎn)生,、處理、收發(fā)和測量都是在微米級硅芯片上實(shí)現(xiàn)的,，芯片由互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）工藝制造,。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種量子隱形傳態(tài)的保真度極高,，達(dá)到了91％,。
此外，研究人員還展示了其他一些重要功能,，如糾纏交換和四光子GHZ（Greenberger–Horne–Zeilinger）態(tài),，后者對量子中繼器、量子計(jì)算機(jī)和量子互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域十分重要,。
量子糾纏和量子互連
在量子互聯(lián)網(wǎng)中,，要長距離傳輸數(shù)據(jù)，就必須使用所謂的中繼器在不同節(jié)點(diǎn)之間定期刷新數(shù)據(jù),，就像在普通互聯(lián)網(wǎng)中已經(jīng)發(fā)生的那樣,。
為此實(shí)驗(yàn)人員利用了量子糾纏現(xiàn)象，于是就可以使兩個(gè)粒子也可以長距離保持相互連接,，例如光粒子,，對其中一個(gè)粒子的測量可以確定另一個(gè)粒子的量子態(tài)，即使它們相距任意遠(yuǎn),。
集成光子學(xué)使量子技術(shù)有了很大的進(jìn)展,。許多應(yīng)用，例如量子通信,、傳感和分布式云量子計(jì)算,，都需要在獨(dú)立的芯片系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)相干光子互連。
大規(guī)模的量子計(jì)算架構(gòu)和系統(tǒng)可能最終需要量子互連來實(shí)現(xiàn)超越單個(gè)晶圓片限制的擴(kuò)展,，并向多芯片系統(tǒng)發(fā)展,。集成光學(xué)為量子信息處理和收發(fā)提供了一個(gè)通用的平臺。
量子協(xié)議的實(shí)現(xiàn)要求能夠產(chǎn)生多個(gè)高質(zhì)量的單光子,，并使用多個(gè)高保真操作器處理光子,。
信息似乎打破了速度限制
這種隱形傳態(tài)是通過一種叫做量子糾纏的現(xiàn)象實(shí)現(xiàn),。在這種現(xiàn)象中，兩個(gè)粒子糾纏在一起,，這樣它們就可以遠(yuǎn)距離“交流”,。
而無論兩個(gè)粒子之間的距離有多遠(yuǎn)，改變其中一個(gè)粒子的性質(zhì),，另一個(gè)粒子也會立即發(fā)生改變,。因此,，信息在它們之間發(fā)生了傳遞,。
理論上,，量子隱形傳態(tài)的運(yùn)行距離是無限的，這就引出了一些奇怪的推論,，甚至連愛因斯坦自己都感到困惑。
目前對物理學(xué)的理解是,，沒有什么東西能比光速更快,。然而，隨著量子隱形傳態(tài)的出現(xiàn),，信息似乎打破了這個(gè)速度限制,。此次的新研究，讓這一現(xiàn)象更加接近現(xiàn)實(shí),。
在量子物理學(xué)的世界中,，信息是無法復(fù)制的，然而在經(jīng)典世界中卻是可能發(fā)生的,。盡管如此,，信息原則上可以通過稱為量子隱形傳態(tài)的現(xiàn)象從一個(gè)地方轉(zhuǎn)移到另一個(gè)地方。
難以控制和測量
這一技術(shù)的難點(diǎn)是,，信息編碼在單個(gè)微粒對中,，難以控制和測量。該研究團(tuán)隊(duì)很好地利用量子糾纏現(xiàn)象將不同芯片連接在一起,，通過操控一個(gè)粒子激發(fā)粒子對中位于其他芯片中的另一個(gè)粒子發(fā)生變化,，從而實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)芯片中，信息在未連接狀態(tài)下的即時(shí)傳輸,，更恰當(dāng)?shù)恼f這是一種粒子感應(yīng)現(xiàn)象,。
但更重要的是星際間的通訊，將來人類想往別的星球上搞科研或者移民,，即便以光速通訊仍然有很長的延時(shí),，但是量子糾纏效應(yīng)下的通訊卻可以即時(shí)傳輸，所以也可以說的糾纏通信技術(shù)是將來星際間傳播的必備手段,。
雖然這并不是邁向全面的量子計(jì)算的一步,，但是,，兩塊硅片利用量子糾纏進(jìn)行通信的能力是世界上第一個(gè)，也是量子計(jì)算和量子互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中必不可少的一步,。
結(jié)尾：
量子光子器件和經(jīng)典電子控制的單硅芯片集成在不遠(yuǎn)的未來將打開一扇大門,，讓兼容CMOS技術(shù)的完全利用芯片的量子通信和信息處理網(wǎng)絡(luò)成為可能，這項(xiàng)研究為用于量子通信和計(jì)算的大規(guī)模集成量子光子技術(shù)奠定了基礎(chǔ),。