清華大學領先全球 研製最小量子電腦僅用1顆光子

清華大學物理系、前瞻量子科技研究中心教授褚志崧領導的研究團隊16日宣佈，成功研發出僅僅使用1顆光子的全世界最小量子電腦。（清華大學提供／陳育賢新竹傳真）

清華大學物理系、前瞻量子科技研究中心教授褚志崧領導的研究團隊16日宣佈，成功研發出僅僅使用1顆光子的全世界最小量子電腦，這也是臺灣研發出的第1套光學量子電腦。

褚志崧團隊今天在記者會現場展示，以在1條環狀光纖內跑動、只有1顆光子的光量子電腦來完成質因數分解等複雜的數學運算，如15=5x3。褚志崧表示，這是全世界首次以1顆高維度、也就是多次元的光子來實現量子演算法，團隊已將這項領先全球的突破發表在上個月的《物理評論》期刊（Physical Review Applied）。

清華大學校長高爲元表示，這絕對是量子電腦的一大里程碑，他去年才參觀過美國最先進的量子電腦實驗室，印象最深刻就是龐大的冷卻系統，將溫度控制在攝氏零下273度，設備也佔去1個大房間，清華團隊今天發表的光量子電腦卻可在室溫下操作，且設備只有1個盒子大，「真希望未來我們每個人桌上都有1臺光量子電腦！」

褚志崧指出，光子（Photon）是傳遞電磁作用的基本粒子，爲了讓1顆光子攜帶更多的資訊，團隊成功研發出可在1個光子的32維空間裡儲存資訊的技術，宛如「多重宇宙」。

衆所周知，1維是1條線；2維以長、寬成1平面；3維則是長、寬、高的立體。而褚志崧打造出的這顆光子，則有32維空間來儲存資訊，也就是32次元，打破了世界紀錄。

他比喻，有32維儲存空間的光子，就像是把1臺只能載1個人的腳踏車，改造成1臺連結32節列車的火車，就能載運更多的乘客。

褚志崧指出，國外發展的光量子電腦最多可達到數百顆光子，但光子爲機率性出現，「這秒還有，下1秒就消失了，」很難控制讓多顆光子同時出現。因此，褚志崧改變思路，「何不專注在把所有資訊都壓縮在1顆光子上？」團隊接下來的目標是持續挑戰並提升單一光子的資訊儲存容量，讓1顆光子能夠容納更多的資訊，實現更復雜的量子運算。

清華大學理學院院長牟中瑜指出，褚志崧的研究成果爲建構量子電腦找到了1套新的途徑「單光子的量子電腦」。有別於目前國際間所追求的建構主流，它的優點是可結合同樣採用光來傳輸的量子通訊，形成量子網路，並且可以在室溫下進行，這是很大的突破，特別是此技術可以與目前的矽光子技術結合、與古典電腦整合在一起，有很大的潛力讓臺灣能延續在半導體技術的優勢，是臺灣主導量子電腦發展的契機。

牟中瑜特別提到，這套光量子電腦是清華大學前瞻量子科技研究中心自主研發的成果，展現清華在量子科技的創新能力與技術實力。光量子電腦技術未來的應用範圍將十分廣泛，包括加速新藥研發、優化物流、並可與量子通訊結合以改善資安等；以其大幅超越目前超級電腦的計算效率，可進一步推進AI等未來產業的發展。