2024年4月量子新聞

量子運算公司 Quantinuum 攜手 Microsoft，在實現容錯量子運算 (fault-tolerant quantum computing) 方面取得重大進展。透過 Microsoft 創新的量子位元虛擬化系統，與具 32 量子位元的 Quantinuum H2 處理器結合，該團隊建構出 4 個具「主動綜合徵提取 (active syndrome extraction)」功能的邏輯量子位元，其誤差率比相應的物理誤差率低 800 倍，且在超過 14,000 次的實驗中，沒有出現任何錯誤。這種前所未有的可靠性，是透過先進的錯誤診斷和邏輯量子位元校正實現的。

目前的量子運算通常會由個別電腦，透過雲端存取量子電腦伺服器的數據。英國牛津大學的研究人員，在這兩端檢測光子的設備之間，建立了光纖網路，藉此達成「可驗證的盲量子計算」。使用盲量子計算技術，不僅可以遠端存取量子電腦、用高強度演算法處理機密數據，甚至可以檢驗結果是否正確，更不會有資料外洩的風險。

量子通訊技術的核心挑戰是，如何「長期」儲存並讀取資料，且不失真的傳輸量子數據。最近，英國倫敦帝國學院的研究團隊使用標準光纖傳輸量子資料，成功展示一種新型量子存儲器，能先保存量子訊息再供讀取。他們成功將光子態儲存在原子量子記憶體，效率為 12.9%，且光子保留了原始量子態，可之後再供其他量子設備讀取檢索。若量子資料能長期儲存在量子記憶體，研究人員就能進一步串聯不同的量子電腦，從而建置出量子通訊網路。

以色列耶路撒冷希伯來大學的研究團隊設計出創新的「靶心天線 (Bullseye Antenna)」，成功將單光子源整合到一室溫下運作的小型光子晶片中，使量子設備走入日常生活成為可能，有望推進量子加密通訊及量子計算技術。

傳統矽基電晶體在奈米尺度下會面臨諸多限制，如量子穿隧 (quantum tunneling) 效應導致漏電流問題。為突破這個瓶頸，來自英國（倫敦瑪麗皇后大學、牛津大學、蘭卡斯特大學）和加拿大（滑鐵盧大學）的國際研究團隊，利用量子干涉 (quantum interference) 效應，成功研發出單分子電晶體原型。新型電晶體管不僅開關效率更高，更具備低耗能和高可靠度等優點，有望應用於下一代電子元件。這項突破性的研究成果，展現了量子力學在奈米電子學中的潛力。

美國麻省理工學院的研究人員發現，中子可以透過強力，與由多個奈米級原子組成的「量子點」結合，稱為「中子分子」。這項發現有助於科學家們在量子層級上探測材料特性，此外，透過操縱中子分子，將其作為影響不同原子核間的媒介，有望在新的量子資訊系統發展中發揮特殊作用。

電子不需在原子周圍聚結，也可自行組裝成類似晶體的結構，這種具許多量子特性的假想物質狀態「維格納晶體 (Wigner crystal)」，是最令人著迷的物質量子相之一。美國普林斯頓大學研究團隊在 Nature 期刊上發表，透過使用量子穿隧效應技術的「掃描穿隧顯微鏡 (Scanning Tunneling Microscope)」，首度直接觀察到維格納晶體的存在。研究人員還發現其他有趣現象，比如每個電子在晶格內的位置，於圖像上卻有一定程度的「模糊」，這種現象與海森堡測不準原理有關，反映出維格納晶體的量子性質。

德國法蘭克福大學的研究團隊發現，通過拍攝電子束在不同時刻穿過駐波光波所產生的衍射條紋，能實現超短時間電子動力學的直接觀測。此研究將幫助科學家追蹤電子，瞭解如何在最短的時間從量子粒子轉變為正常的粒子，有助於進一步探索量子糾纏現象。