全球首創！量子網路「全功能晶片」問世 光纖直接升級量子通訊

美國能源部橡樹嶺國家實驗室(ORNL)的科學家們近期取得重大突破，成功研發出全球首款整合多項量子光學功能的單晶片。這項刊登於《Optica Quantum》期刊的研究，將徹底改變未來量子網路的建構方式。

這款革命性晶片能產生寬頻糾纏量子位元(qubit)，並完美相容現有光纖網路。研究團隊成員、普渡大學副教授Joe Lukens興奮表示：「我們不是第一個將單一功能整合到晶片上的團隊，但卻是首個實現多項關鍵技術整合的團隊。這種標準化生產的晶片，將帶領量子網路從實驗室走向實際應用。」

量子運算利用光子作為量子位元載體，透過「量子疊加」現象，讓單一量子位元能同時存在多種狀態。研究團隊更實現了「偏振糾纏」技術，讓成對量子位元即使相隔遙遠仍能保持關聯性。這種寬頻偏振糾纏技術，正是構建各類量子網路的關鍵要素。

最令人振奮的是，這項技術可直接沿用現有光纖硬體，大幅降低基礎建設成本。ORNL博士後研究員Alexander Miloshevsky解釋：「若能大規模生產這種整合晶片，未來只需簡單插接就能建構量子網路，無需再購置繁複的實驗室裝置。」

晶片設計包含微環諧振器和偏振分束旋轉器等關鍵元件，可直接產生寬頻偏振糾纏光子。ORNL量子科學家Hsuan-Hao Lu補充說明：「這些光子完全相容傳統光纖網路，後續只需使用現成的電信元件就能完成系統建置。」

實驗資料顯示，該晶片能同時支援116組不同波長通道傳輸，其中超過100組通道達到高保真度，創下新紀錄。更令人期待的是，這項技術未來可實現「超糾纏」量子位元，同時在偏振、波長等多個維度上建立糾纏關係。

Lukens教授用生動比喻解釋：「想像有幾對骰子，雖然每次擲出的點數都是隨機的，但成對骰子的結果總是相同。當我們能在多個維度建立這種關聯，就等於同時擁有多對骰子來傳遞資訊，這就是超糾纏的威力。」

這項研究獲得美國能源部、國家科學基金會及空軍研究實驗室支援，為量子網路的實用化邁出關鍵一步。雖然量子網路的終極樣貌尚未明朗，但這項突破無疑讓我們離目標更近了些。