第二二0章 量子之路
    李力說：“咱們談論了一些宇宙的話題，但是按照目前的科學技術的發展，我看到了科學家對于光量子通訊，有了很大的進展呀！”
    藍洋說：“當然科學家一直希望用光子代替電子實現更快捷安全的光通訊，現在，科學家們成功證明，他們能更快速地（在幾納秒內）控制與目前光通訊網絡中所用光**長一樣的光子的路徑和偏振，新光子電路可整合進現有的光通訊網絡中，從而顯著改進網絡的性能。最新研究朝實現光量子通訊邁進了一步。”
    李力說：“是的，英國布里斯托大學、赫瑞瓦特大學、荷蘭卡弗里納米科學研究所的科學家們將這項快速控制單光子的路徑和偏振的研究發表在最新一期《物理評論學快報》雜志上。”
    藍洋說：“他們在對一個由電路組成的量子光學設備進行研究時發現，單個光子會移動穿過這些電路，這些電路也能被重新配置從而改變光子的路徑和偏振方向。”
    李力說：“但這種量子光學電路無法快速操縱單光子和多光子的狀態。為了解決這一問題，他們使用了已被證明能在現有通訊調制器中進行快速操縱的鈮酸鋰波導，并證明對電極附近的波導施加電壓能快速操控由波長為1550納米的一個或兩個光子組成的光的量子（包括路徑和偏振）狀態，該波長正是現有通訊網絡中采用的波長。”
    藍洋說：“領導該研究的布里斯托大學的達米恩?博諾表示：‘在這個實驗中，我們演示了兩種電路配置，每種電路配置都會導致不同的量子狀態，一次配置僅需幾納秒，而在以前的實驗中，每幾秒才能對電路進行一次重新配置。現在的通訊網每天都在使用由同樣技術制成的開關來傳遞由光脈沖編碼的信息字節，從原理上來講，這樣的開關也能用于單光子層面。’你看，這種進展不小呀！”
    李力說：“博諾說過，迄今為止，在芯片上操縱光的量子狀態一直依靠加熱器，其能作為慢速移相器來使用。最新研究表明，鈮酸鋰波導能采用一種與以前迥然不同的方法來更快速地操控光的量子狀態。現在，我們不僅能打開和關閉光包以便按規定路線發送傳統信息，也能夠快速處理和操縱光的量子狀態。”
    他們兩位在討論；科學家們指出，能在單個平臺上快速控制單光子的偏振和路徑對基礎量子科學和量子技術來說都至關重要。博諾表示，制造這些設備的鈮酸鋰材料也能隨機產生光子，另外，具有超導性的單光子探測器也能被整合在這樣的芯片上。一個結合了能隨機產生光子的光源、電路以及探測器的技術平臺可用于以下幾方面：通過對幾個光子來源進行多路傳輸從而獲得可靠的單光子源、長距離量子通訊需要使用的量子繼電器、量子密碼學中用到的量子密鑰分配等。
    以前有些老式收音機使用電子管，每次工作前都要預熱。隨著半導體管的應用，預熱時間就被節省下來了。如今，光量子調制設備領域也出現了類似的進步——以前用加熱器，幾秒鐘才能重新配置電路，現在幾納秒就可以切換到另一個電路。使用鈮酸鋰材料作波導設備，在調制解調器時代是很平常的技術手段。但誰能想到，平平無奇的光電轉化設備稍加變化，可以幫助最前沿的光量子通信研究取得突破？現在隨著光源、電路和探測器整合到一起，量子通信研究者的工作量可以減輕不少了。
    之后李力說：“后來中科院、清華大學聯合發現“量子反常霍爾效應”很有意思。”
    藍洋說：“，那當然，‘量子反常霍爾效應’是多年來該領域的一個非常困難的重大挑戰，它與已知的量子霍爾效應具有完全不同的物理本質，是一種全新的量子效應；同時它的實現也更加困難，需要精準的材料設計、制備與調控，是能實現這一特殊量子效應的材料體系和具體物理途徑。”
    李力說：“那就說明中國在精密制造、材料制備、精密測量等方面的技術達到了世界頂尖水平。今后中國將有能力在更多的科技前沿項目上取得進步。”
    藍洋說：“那就能夠使許多傳感器利用霍爾效應來工作，讓霍爾效應在無強磁場的情況下也能發揮作用。這有望大大降低芯片發熱量，進一步縮小芯片的體積，增強芯片性能。”
    李力說：“這是制造量子計算機的基礎，量子計算機的計算速度，儲存能力等都將比現有計算機有巨大的提高。”
    藍洋說：“目前我們飛船上的量子計算機的運算能力到底有多強大？”
    李力說：“在1994年，人們采用1600臺工作站實施經典的運算花了8個月將數長為129位的大數成功地分解成兩個素數相乘。若采用一臺量子計算機則1秒鐘就可以破解。隨著數長度的增大，電子計算機所需花的時間將指數上升，例如數長為1000位，分解它所需時間比宇宙年齡還長，而量子計算機所花時間是以多項式增長，仍然可以很快破解。”
    藍洋說：“所以，量子計算機將掀起一場劃時代的科學革命，推進人類文明將發展到嶄新的時代。”
    藍洋說：“那么，目前的量子芯片升級研發的進展又如何？”
    李力說：“有幾個國家在集中力量在突破半