UBC 的科学家们已经构建了一个量子“转换器”，可以桥接微波和光信号，从而有可能解锁全球量子通信。微小的硅芯片保持着微妙的量子链路，为未来的量子网络开辟了道路。

硅的突破可能为全球量子互联网奠定基础。

UBC 的研究人员提出了一种应对量子网络重大挑战的解决方案：一种可以将微波信号转换为光信号并再次转换回来的设备。

这项技术可以充当量子计算机的通用翻译器，使它们能够进行远距离通信。它可以转换高达 95% 的信号，几乎没有增加噪声，并且完全安装在硅芯片上，与日常计算机中使用的材料相同。

“这就像找到一个翻译，几乎每个字都正确无误，保持信息完整，不添加背景喋喋不休，”该研究的作者 Mohammad Khalifa 说，他在 UBC 应用科学学院和 UBC Blusson 量子物质研究所攻读博士学位期间进行了这项研究。

“最重要的是，这个设备保留了遥远粒子之间的量子连接，并在两个方向上工作。没有它，你只会拥有昂贵的个人电脑。有了它，你就可以得到一个真正的量子网络。

运作方式

量子计算机使用微波信号来处理信息。但是，要在城市或大陆之间传输该信息，必须将其转换为可以通过光纤电缆传输的光信号。这些光信号非常脆弱，即使是转换过程中的微小干扰也会破坏它们。

这给维持纠缠带来了严峻的挑战，纠缠是量子计算机所依赖的关键现象，其中两个粒子无论相距多远都保持连接。爱因斯坦将其称为“远距离的幽灵般的动作”。如果纠缠丢失，量子优势也会丢失。由 UBC 研究人员开发的设备，在 npj Quantum Information 中进行了描述，可以支持长距离量子通信，同时保持纠缠连接。

硅解决方案

该团队的模型是一种可以在硅片上制造的微波-光学光子转换器。突破在于微小的工程缺陷，即故意嵌入硅中以控制其特性的磁性缺陷。当微波和光信号被精确调谐时，这些缺陷中的电子在不吸收能量的情况下将一个信号转换为另一个信号，从而避免了困扰其他转换方法的不稳定性。

                        UBC 布鲁森量子物质研究所的 Joseph Salfi 实验室。图片来源：Paul Joseph/UBC

该设备还可以在极低的功率（仅为百万分之一瓦）下高效运行。作者概述了一种实用的设计，该设计使用超导组件，即能够完美导电的材料，以及这种专门设计的硅。

下一步

虽然这项工作仍处于理论阶段，但它标志着量子网络领域迈出了重要一步。

“我们明天不会得到量子互联网——但这清除了一个主要障碍，”该研究的资深作者、电气与计算机工程系助理教授兼 UBC Blusson QMI 的首席研究员 Joseph Salfi 博士说。

“目前，在城市之间可靠地发送量子信息仍然具有挑战性。我们的方法可以改变这种情况：可以使用现有的芯片制造技术构建硅基转换器，并轻松集成到当今的通信基础设施中。

最终，量子网络可以实现几乎牢不可破的在线安全、在室内工作的 GPS，以及解决当今无法解决的问题的能力，例如设计新药或以显著提高的准确性预测天气。