第二二0章　量子之路

李力说：“咱们谈论了一些宇宙的话題但是按照目前的科学技术的发展我看到了科学家对于光量子通讯有了很大的进展呀”

蓝洋说：“当然科学家一直希望用光子代替电子实现更快捷安全的光通讯现在科学家们成功证明他们能更快速地在几纳秒内控制与目前光通讯网络中所用光长一样的光子的路径和偏振新光子电路可整合进现有的光通讯网络中从而显著改进网络的性能最新研究朝实现光量子通讯迈进了一步”

李力说：“是的英国布里斯托大学c赫瑞瓦特大学c荷兰卡弗里纳米科学研究所的科学家们将这项快速控制单光子的路径和偏振的研究发表在最新一期物理评论学快报杂志上”

蓝洋说：“他们在对一个由电路组成的量子光学设备进行研究时发现单个光子会移动穿过这些电路这些电路也能被重新配置从而改变光子的路径和偏振方向”

李力说：“但这种量子光学电路无法快速操纵单光子和多光子的状态为了解决这一问題他们使用了已被证明能在现有通讯调制器中进行快速操纵的铌酸锂波导并证明对电极附近的波导施加电压能快速操控由波长为1550纳米的一个或两个光子组成的光的量子包括路径和偏振状态该波长正是现有通讯网络中采用的波长”

蓝洋说：“领导该研究的布里斯托大学的达米恩博诺表示：在这个实验中我们演示了两种电路配置每种电路配置都会导致不同的量子状态一次配置仅需几纳秒而在以前的实验中每几秒才能对电路进行一次重新配置现在的通讯网每天都在使用由同样技术制成的开关來传递由光脉冲编码的信息字节从原理上來讲这样的开关也能用于单光子层面你看这种进展不小呀”

李力说：“博诺说过迄今为止在芯片上操纵光的量子状态一直依靠加热器其能作为慢速移相器來使用最新研究表明铌酸锂波导能采用一种与以前迥然不同的方法來更快速地操控光的量子状态现在我们不仅能打开和关闭光包以便按规定路线发送传统信息也能够快速处理和操纵光的量子状态”

他们两位在讨论；科学家们指出能在单个平台上快速控制单光子的偏振和路径对基础量子科学和量子技术來说都至关重要博诺表示制造这些设备的铌酸锂材料也能随机产生光子另外具有超导性的单光子探测器也能被整合在这样的芯片上一个结合了能随机产生光子的光源c电路以及探测器的技术平台可用于以下几方面：通过对几个光子來源进行多路传输从而获得可靠的单光子源c长距离量子通讯需要使用的量子继电器c量子密码学中用到的量子密钥分配等

以前有些老式收音机使用电子管每次工作前都要预热随着半导体管的应用预热时间就被节省下來了如今光量子调制设备领域也出现了类似的进步以前用加热器几秒钟才能重新配置电路现在几纳秒就可以切换到另一个电路使用铌酸锂材料作波导设备在调制解调器时代是很平常的技术手段但谁能想到平平无奇的光电转化设备稍加变化可以帮助最前沿的光量子通信研究取得突破现在随着光源c电路和探测器整合到一起量子通信研究者的工作量可以减轻不少了

之后李力说：“后來中科院c清华大学联合发现“量子反常霍尔效应”很有意思”

蓝洋说：“那当然量子反常霍尔效应是多年來该领域的一个非常困难的重大挑战它与已知的量子霍尔效应具有完全不同的物理本质是一种全新的量子效应；同时它的实现也更加困难需要精准的材料设计c制备与调控是能实现这一特殊量子效应的材料体系和具体物理途径”

李力说：“那就说明中国在精密制造c材料制备c精密测量等方面的技术达到了世界顶尖水平今后中国将有能力在更多的科技前沿项目上取得进步”

蓝洋说：“那就能够使许多传感器利用霍尔效应來工作让霍尔效应在无强磁场的情况下也能发挥作用这有望大大降低芯片发热量进一步缩小芯片的体积增强芯片性能”

李力说：“这是制造量子计算机的基础量子计算机的计算速度储存能力等都将比现有计算机有巨大的提高”

蓝洋说：“目前我们飞船上的量子计算机的运算能力到底有多强大”

李力说：“在1994年人们采用1600台工作站实施经典的运算花了8个月将数长为129位的大数成功地分解成两个素数相乘若采用一台量子计算机则1秒钟就可以破解随着数长度的增大电子计算机所需花的时间将指数上升例如数长为1000位分解它所需时间比宇宙年龄还长而量子计算机所花时间是以多项式增长仍然可以很快破解”

蓝洋说：“所以量子计算机将掀起一场划时代的科学革命推进人类文明将发展到崭新的时代”

蓝洋说：“那么目前的量子芯片升级研发的进展又如何”

李力说：“有几个国家在集中力量在突破半导体量子芯片的科学研究工作我们中国也曾将态量子芯片研究被列为国家重大科学研究计划重大科学目标导向项目又称“超级973”给予重点支持”