2024-10-16 記者/陳育賢
清華大學物理系、前瞻量子科技研究中心教授褚志崧領導的研究團隊16日宣布,成功研發出僅僅使用1顆光子的全世界最小量子電腦,這也是台灣研發出的第1套光學量子電腦。
褚志崧團隊今天在記者會現場展示,以在1條環狀光纖內跑動、只有1顆光子的光量子電腦來完成質因數分解等複雜的數學運算,如15=5x3。褚志崧表示,這是全世界首次以1顆高維度、也就是多次元的光子來實現量子演算法,團隊已將這項領先全球的突破發表在上個月的《物理評論》期刊(Physical Review Applied)。
清華大學校長高為元表示,這絕對是量子電腦的一大里程碑,他去年才參觀過美國最先進的量子電腦實驗室,印象最深刻就是龐大的冷卻系統,將溫度控制在攝氏零下273度,設備也占去1個大房間,清華團隊今天發表的光量子電腦卻可在室溫下操作,且設備只有1個盒子大,「真希望未來我們每個人桌上都有1台光量子電腦!」
褚志崧指出,光子(Photon)是傳遞電磁作用的基本粒子,為了讓1顆光子攜帶更多的資訊,團隊成功研發出可在1個光子的32維空間裡儲存資訊的技術,宛如「多重宇宙」。
眾所周知,1維是1條線;2維以長、寬成1平面;3維則是長、寬、高的立體。而褚志崧打造出的這顆光子,則有32維空間來儲存資訊,也就是32次元,打破了世界紀錄。
他比喻,有32維儲存空間的光子,就像是把1台只能載1個人的腳踏車,改造成1台連結32節列車的火車,就能載運更多的乘客。
褚志崧指出,國外發展的光量子電腦最多可達到數百顆光子,但光子為機率性出現,「這秒還有,下1秒就消失了,」很難控制讓多顆光子同時出現。因此,褚志崧改變思路,「何不專注在把所有資訊都壓縮在1顆光子上?」團隊接下來的目標是持續挑戰並提升單一光子的資訊儲存容量,讓1顆光子能夠容納更多的資訊,實現更複雜的量子運算。
清華大學理學院院長牟中瑜指出,褚志崧的研究成果為建構量子電腦找到了1套新的途徑「單光子的量子電腦」。有別於目前國際間所追求的建構主流,它的優點是可結合同樣採用光來傳輸的量子通訊,形成量子網路,並且可以在室溫下進行,這是很大的突破,特別是此技術可以與目前的矽光子技術結合、與古典電腦整合在一起,有很大的潛力讓台灣能延續在半導體技術的優勢,是台灣主導量子電腦發展的契機。
牟中瑜特別提到,這套光量子電腦是清華大學前瞻量子科技研究中心自主研發的成果,展現清華在量子科技的創新能力與技術實力。光量子電腦技術未來的應用範圍將十分廣泛,包括加速新藥研發、優化物流、並可與量子通訊結合以改善資安等;以其大幅超越目前超級電腦的計算效率,可進一步推進AI等未來產業的發展。