布里斯托大学与丹麦科技大学的学者，首次实现了两个芯片之间的“量子遥传”（Quantum Teleportation），利用量子纠缠原理，成功将一个芯片中的量子态传输到另一个芯片中。这个实验的意义在于量子态可以透过程式码编辑，让 A 芯片的量子态能够在 B 芯片同步，目前成功率为 91%，同时最多可以让 4 个光子纠缠在一起。
研究成功在实验室中，让芯片产生共享一个量子态的两个光子，接着可以透过程式编辑量子态，并且将发送器芯片的量子传输到接收器芯片，而这两个量子可以在执行量子测量后共享一个量子态。之前的实验是在单一芯片完成，能在两个芯片同时实现纠缠态是重大突破。
量子遥传是什么东西？
基于“量子纠缠态”的量子遥传技术，目前认为是难以窃听、高效率的讯息传输技术，充分利用无论距离多远、量子都得以表现出同样行动特征的方式为传输手段，基于海森堡不确定性原理与量子不可复制原理，量子的运作型态无法重新演绎一遍，因此每个量子的运作特性都独一无二，也因此以目前的理论来看，量子通讯认为是难以窃听，同时极为安全的通讯方式。
不过使用“Teleportation”这个字会让人误解这是瞬间传输，事实上这是基于传统线路传输的量子通讯技术，你可以想像是在现有技术加上量子通讯加密技术，可透过卫星、光纤等方式传输（目前都已实验成功），所以传输速度不会高于光速。
▲ 芯片设计原理图。（Source：University of Bristol）
但这样的加密方式不只可以应用在一般通讯，包括存在网络硬盘的个人资料讯息、家里的监视镜头、远端遥控的电器、连上网络的车载系统，都可以使用这种方式加密，避免骇客入侵或破坏，甚至往后在智慧电网与各类电厂的远端遥控也能使用，确保使用这些网络设施的安全性。
量子彼此纠缠的距离没有任何限制，这件事情连爱因斯坦本人都曾感到困惑，称之为“远距离的诡异动作”（Spooky action at a distance）。几十年来量子力学的许多谜团，就在各强国与企业不断投入预算下，于近几年不断出现突破。
量子通讯普及的挑战在哪里？
但即便如此，要实现量子通讯还有很长一步路要走，最重要的挑战在长距离的光纤网络要发送量子位元不是简单的事。由于光纤在长距离输送下会损耗光子，如果要以 10GHz 速率发送光子，可能几百年才会检测到一个，而现在的技术是透过放大器改善讯号损耗问题，但如果对光子使用同样方法，会导致光子的特性被破坏（包括纠缠特性），这也是为什么目前的量子通讯实验也包含“距离测试”的原因。
如果要让量子通讯普及，目前公认的做法就是需要建立量子网络中继站，工作原理是在光子能成功传送的最大化距离设计中继站，并利用类似放大器的原理（但不是传统那种），将量子讯号安全稳定地传送到下一个中继站，直到传到目标电脑。也因此光子能稳定传输的距离越长、中继站设立越少，成本自然越低。
而一个芯片光子传到另一个芯片光子的意义也跟量子中继站有关，中继站需要能储存量子的设备，并要确认纠缠状态能在一个个传送储存过程中保留，这是量子通讯及量子网络的重要关键，尤其量子储存设备跟一般通信设备不太一样，因此转换之间是否能保留、留存与发送的效率也成为技术开发重点。
全球量子科技的竞争
目前全球就是美国、中国、欧洲三大区域对量子通讯的开发最积极。2019 年 6 月，欧盟 7 个成员国共同签署声明，同意在未来十年内共同研究，如何打造横跨全欧盟的量子通讯基础设施，英国本身则投入 2.35 亿英镑建立国家量子中心；美国则以 2018 年 6 月的国家量子计划法开始，全面性推动国家政策与资源增进量子科技发展。
中国则在加密通讯部分的进展最惊人，除了已能传送光子到卫星的“墨子号”，根据华邮引用 Patinformatics 统计，在量子通讯领域，中国的专利数是美国近 2 倍，美国则在量子电脑专利领先。对全球各强国来说，量子科技的掌握已是军事竞赛，而不是单纯的科技追求。
▲ 中国与美国量子通讯的专利差异。（Source：Patinformatics）
台湾目前的量子电脑投资，根据科技部长陈良基所说，2018 年开始补助台清交中央成大五校预算，进行量子电脑相关研究计划，每年约台币 1 亿元。但这样的发展脚步是否足够？在全球半导体产业占有一席之地的台湾，如果愿意拿出更多资源，或许台湾也能跟上全球量子科技的脚步，并让半导体科技得以与接下来的量子世代相辅相成。
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- Let’s not confuse entanglement with teleportation
- First chip-to-chip quantum teleportation harnessing silicon photonic chip fabrication
（首图来源：pixabay）
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