知識天地---高儲存效率的量子記憶體
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2015 陳應誠副研究員(原子與分子科學研究所)
二十世紀初期物理學的發展告訴我們: 微觀世界的主體如電子、原子、光子等粒子遵循著巨觀世界難以理解 的規律(統稱量子力學),例如一個粒子可以同時存在粒子或波的特性端看你看它的那一面向;一個粒子的狀態 可以是兩個態的線性疊加態(superposition state),但是對粒子的測量會將其帶至其中之一的態並存在不可避免 的隨機性;一個粒子的某兩個不互易的物理量不可能同時準確量測,此即測不準關係;兩個粒子可存在某種關 聯,即使相距甚遠,但是對其中之一粒子做量測,另一遠處的粒子的狀態即瞬間決定,此即量子糾纏(quantum entanglement)。儘管這些古怪的特性連當初參與量子力學發展的愛因斯坦、薛丁格等人都覺得難以接受,甚至到 今天也還有人在繼續探討,但是二十世紀末期已有許多人認知到可將這些古怪的特性當成是資源並應用於資訊科學上。隨著近年來原子與光子的操控技術漸趨於成熟,這門新興的量子資訊科學,正以很高的斜率在發展。
量子資訊科學包含的內容也很廣,例如處理數學運算的量子計算、應用量子原理確保數據傳輸安全的量子密 鑰分配(quantum key distribution)及更一般的量子密碼術(quantum cryptography)、將一量子態在另一處重現的 量子遙傳(quantum teleportation)、及量子綢密編碼(quantum dense coding)等等[1]。儘管報章雜誌關於量子資 訊科學進展的聳動報導時有所聞,但是微觀世界的量子特性甚為纖細、易受環境影響而破壞,要達到全面性、大 維度的量子操控還有很長的路要走,量子資訊科技的發展還只能算是在初步階段。不過,也有相對較簡單的量子 密鑰分配系統已有商品化的產品,並被一些銀行採用。整體而言,不管其應用前景如何,量子資訊科學的發展終 將推進人類對微觀世界更深刻瞭解與操控能力。本文要報導的是我們在此領域的一個小但重要的主題: 高儲存效率的量子記憶體的研究進展。
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