2024年8月量子新聞

為抵禦量子電腦破解密碼帶來的安全隱患，多年來各國專家致力研究後量子密碼學 (Post-Quantum Cryptography, PQC)，在近日美國國家標準暨技術研究院 (NIST)公布了 3 種後量子加密標準 (Post-Quantum Encryption Standards)，讓全球資訊安全相關組織能及早採用這些可抗量子威脅的加密演算法。第一種加密演算法 ML-KEM（源自 CRYSTALS-Kyber 演算法），作為通用加密的主要標準，用於保護在公共網路上交換的資訊；第二種加密演算法 ML-DSA（源自 CRYSTALS-Dilithium 演算法），作為數位簽章的主要標準，用於身分認證；第三種加密演算法 SLH-DSA（源自 SPHINCS+ 演算法），也是作為數位簽章的標準，若 ML-DSA 被發現有漏洞，將可作為備案。

日本電信公司 NTT DOCOMO 與加拿大量子計算公司 D-Wave 合作，利用 D-Wave 的量子退火 (quantum annealing) 運算技術來優化基地台的追蹤區域。在試點測試中，傳統方法需要 27 小時才能完成的任務，D-Wave 的解決方案僅用40秒就完成了。測試結果顯示，量子優化方案使信號負載減少了 15%，未來 DOCOMO 能在不增加基礎設施投資的情況下，善用量子計算的優化策略，提升行動網路效能。

矽基量子點自旋量子位元，是一種有希望用來實現大規模量子電腦的硬體結構，與在實驗室加工的元件相比，在專業生產設施製造的矽基量子點結構，其電荷雜訊通常較高。比利時微電子研究中心 (imec) 宣布，經過優化及工程設計，成功導入 12 吋 CMOS 製程，並取得矽基量子位元史上最低的平均電荷雜訊，可實現高保真度的量子控制。

要在未來的量子電腦網路上發送資料，需要量子中繼器 (repeater) 作為量子記憶體 (quantum memory)，來保存粒子的糾纏量子態。瑞士巴塞爾大學的研究團隊，發明一種新型量子記憶體，利用一個充滿銣 (rubidium) 蒸氣的毫米級玻璃單元，展示了如何在室溫下將量子數據儲存在氣體原子中，然後利用光脈衝進行檢索。此外，其矽玻璃單元還相容晶圓級製造，一個晶圓上可安裝大約 700 個這樣的單元。

德國漢諾威萊布尼茨大學光子學研究所的研究團隊，開發出將傳統網際網路和量子網際網路 (quantum internet) 結合在一起的新方法，他們提出一種全新的收發器 (transmitter-receiver) 概念，能在光纖上傳輸糾纏光子。研究人員利用高速電信號改變雷射脈衝的顏色，使其與糾纏光子的顏色相匹配，此一效應讓研究人員能夠在光纖中，將相同顏色的雷射脈衝和糾纏光子結合在一起，並再次將它們分開，實驗證明，即使將光子與雷射脈衝一起發送，光子糾纏也能保持不變。

量子羅盤由原子干涉儀、微晶片雷射系統（調變器、雷射晶片）組成，需要一間房間才夠容納這些設備。龐大體積和高昂成本，一直是量子導航設備商業化的主要障礙，近日美國桑迪亞國家實驗室的研究團隊，成功在量子羅盤小型化方面取得重大進展。他們設計新的微調變器，取代了體積相當於一台冰箱的傳統雷射系統，並將多個組件小型化，整合至矽光子晶片上，單一塊 8 英寸的晶圓上可製造數百個調變器。下一步，他們希望整合原子干涉儀與雷射系統，製造出真正的量子羅盤。

量子感測器 (Quantum Sensors) 被專家列為能在未來2～4年內將對社會產生重大影響的新興技術。在航太與汽車應用領域，量子磁力計、量子陀螺儀、量子重力計等量子感測器，具備在無 GPS 訊號之地點提供精準導航的潛力；在工業應用領域，量子感測器能用於檢測材料和產品中隱藏的缺陷和瑕疵，如用於半導體晶片的良率檢測；在生物醫療應用領域，量子感測器能偵測到微小的細胞和生物分子變化，進而能快速且精確地追踪藥物相互作用與治療成效；在環境應用領域，量子感測器能用來探勘礦產與地下水資源，或者裝載於衛星或航空器上，監測地表資源的變化。