MIT革命性「Quarton耦合器」：量子運算速度突破的關鍵

麻省理工學院（MIT）研發出一款創新型電路，透過創紀錄的非線性耦合技術，讓量子運算速度獲得飛躍性提升。這項突破的核心在於「Quarton耦合器」，它能同時強化光-物質與物質-物質的交互作用，為量子電腦的錯誤修正與運算精準度帶來關鍵進展。

量子電腦被視為能徹底改變材料科學與人工智慧領域的明日之星，未來甚至能模擬複雜材料結構或大幅加速機器學習模型。但要實現這些突破，量子電腦必須具備極高速的運算能力——特別是在量子態量測與錯誤修正方面，必須趕在誤差累積影響結果前完成。

MIT研究團隊近日展示的量子系統，可能創下有史以來最強的非線性光-物質耦合紀錄。這項突破讓量子運算與讀取能在短短數奈秒內完成。透過創新的超導電路設計，團隊實現的耦合強度比過往技術高出近10倍，這將顯著提升量子處理器的運作速度。

論文第一作者葉宇峰（Yufeng Bright Ye）博士指出：「這項技術將有效解決量子運算的瓶頸問題。傳統上，我們必須在錯誤修正過程中反覆量測運算結果。新技術能加速實現容錯量子計算，讓我們更快看到量子電腦的實際應用價值。」

這項發表於《自然通訊》的研究，建立在O'Brien實驗室多年的理論基礎上。葉博士在2019年加入團隊後，開發出專門的光子偵測器來強化量子資訊處理，並在此過程中發明了新型量子耦合器——「Quarton耦合器」。

這種特殊超導電路能產生極強的非線性耦合，是執行多數量子演算法的關鍵。研究人員發現，隨著電流輸入增加，耦合器產生的非線性交互作用會更強烈。葉博士解釋：「量子運算最有價值的交互作用都來自光與物質的非線性耦合。若能擴大耦合類型範圍並增強強度，本質上就能提升量子電腦的處理速度。」

在實際應用中，研究團隊將Quarton耦合器與晶片上的兩個超導量子位元連接，將其中一個量子位元轉化為諧振器，另一個則作為儲存量子資訊的人工原子。這種架構創造出的非線性光-物質耦合強度，比過往技術高出約一個數量級，為量子系統帶來閃電般的讀取速度。

O'Brien教授強調：「這項研究只是起點，我們正在開發能真正實現高速讀取的電路系統。」團隊同時展示了極強的物質-物質耦合技術，這將是未來研究的重點方向。

由於量子位元的「相干時間」（coherence time）有限，快速運算與讀取能力顯得格外重要。更強的非線性耦合能讓量子處理器以更低錯誤率高速運作，在相同時間內執行更多錯誤修正程序。葉博士表示：「錯誤修正次數越多，最終結果的誤差就越低。」長遠來看，這項技術將有助於建構實用化的大規模容錯量子電腦。