科學家將在芯片上實現量子糾纏

　　量子運算將推動未來的電腦革命，催生性能超越大型超級電腦的小型硬體系統，且配備能阻絕所有駭客、無法破解的加密功能;不過在量子運算領域還缺了一塊，也就是愛因斯坦(Einstein)所提出的“鬼魅般的遠距作用(spookyactionatadistance)”──量子糾纏，指的是可靠來源的糾纏光子會反映彼此的狀態，無論它們在標準CMOS晶片上距離多遠。

　　而現在義大利帕維亞大學(UniversitadegliStudidiPavia)的科學家聲稱，他們已經與英國格拉斯哥大學(UniversityofGlasgow)以及加拿大多倫多大學(UniversityofToronto)合作，突破了這個工程上的最后障礙。

　　“我們的想法是將雷射光打入一個微小的環中，提高兩個光子交互作用的概率;我們認為這種方法特別可以用來產生糾纏的光子對。”帕維亞大學教授DanieleBajoni表示：“以往我們發現，把光局限在環狀振諧器(resonator)內，能大幅強化光與物質之間的交互作用，最新的實驗結果顯示那是可以透過設計達成、并非偶然的現象。”

　　晶片上的量子糾纏現象最立即的應用就是無法破解的加密，晶片廠商所要做的只有打造矽光子環狀振蕩器以及流行的量子加密演算法，就能產生在實驗室經過證實的糾纏現象(但科學家們是利用笨重的昂貴儀器而非廉價的晶片)。

　　Bajoni解釋，利用量子糾纏現象最常見的加密演算法就是Eckert協議，其原理基本上就是讓傳遞資訊的雙方(代號是Alice與Bob)交換一組糾纏的光子對，例如把閑置的光子傳送給Alice，然后帶著訊號的光子則傳送給Bob;Alice會對她的光子執行特定的量測，取得隨機的結果(例如1100101)，而如果Bob在他的光子上也執行了正確的量測，因為糾纏現象，他所得到的隨機位元字串會跟Alice是一樣的。

　　“然后它們之間就能利用那個隨機位元字串加密訊號，再用一般頻道來傳送;”Bajoni表示：“而如果有人竊聽Alice與Bob之間交換的糾纏光子，其行為就會改變光子的特性，因此Alice與Bob就會發現有人在竊聽，并因此確保通訊的安全性。”

　　微小的20微米尺寸環狀振蕩器能發射連續的糾纏光子束，催生未來的量子電腦以及無法破解密碼的晶片

　　未來該研究團隊打算將利用已知的方法添加另一個矽光子對，打造能讓其他人也能使用的完整晶片上量子糾纏引擎;這種特殊加密方法產業界已經夢寐以求了數十年，現在可望因為這些科學家們發明的糾纏光子新來源而實現。

　　“顯然下一步是要把所需的零組件整合到晶片上;我們的實驗結果是使用矽晶環狀振蕩器做為糾纏光子的來源，但之后所發射光線的過濾以及糾纏的量測，則是透過外部的實驗設置完成。”Bajoni指出，那些外部環境設置最終都能被整合到一個晶片里;而透過來自不同合作團隊的相關研究成果，他們也找到了將濾光片(spectralfilters)與環狀振諧器整合的方法。

　　Bajoni表示：“未來我們將在一個完全整合的平臺上打造必備的干涉儀(interferometer)，甚至是探測器(detector);最終目標是讓兩顆晶片透過光纖連結，為完整的量子加密解決方案執行關鍵的資料交換。”上述研究的完整論文可參考此連結。