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量子科學 蔡秉儒:我很想知道它的極限在哪

文/理學院校園記者劉晏成、楊庭瑜

中央研究院原子與分子科學研究所蔡秉儒博士(左六)與中大理學院深談量子科學。照片理學院提供


傳輸資料時,總是擔心資料遭竊嗎?量子科技將能減輕這樣的疑慮。中央研究院原子與分子科學研究所蔡秉儒博士,以「光子對光源的製備與單光子在原子量子記憶體下的量子儲存」為題,5月4日於理學院深談有關長距離量子通訊的解決方案與量子密鑰分配未來。


與古典電腦相比,量子電腦具有驚人的計算能力。在傳統光纖通訊中,因長距離傳輸耗損,需要倚賴中繼站複製並放大被衰減的訊號來延長傳輸距離,然而基於量子力學中的不可複製定理(no-cloning theorem),量子通訊無法延用古典通訊中繼站的作法。


這看似難解的問題,在蔡秉儒看來,卻像穩操勝券般的信心滿滿。他認為,量子中繼協定(Quantum Repeater Protocol)是解決這個問題的好辦法。量子中繼站協定採雙核心過程,分別是生成糾纏過程(Entanglement Generation, EG)和量子糾纏互換過程(Entanglement Swapping, ES)。藉由對通訊網路上鄰近的節點製造糾纏,使原先各自獨立的節點組分享糾纏,再透過數次交換糾纏的方式,最終讓原先不分享糾纏、也沒有實際交互作用的遙遠兩端互通有無。


在蔡秉儒的研究中,將光子對光源(photo-pair source)與原子量子記憶體(quantum memories,QMs)結合,實現量子儲存(quantum storage):將光子減速並滯留於原子量子記憶體內,儲存光子攜帶的資訊。在儲存光子時,由於原子量子記憶體的不完美特性,量子對的量子關聯性(quantum correlation)會被破壞,量子保真度(quantum fidelity)也會下降。因此蔡秉儒藉由控制原子量子記憶體的條件,提升或是抵消該特性,維持量子對的關聯性、保真度,以應用在量子中繼協定的量子中繼站(quantum repeater)上。


這些複雜的陳述,艱難的理論,研究量子力學之路,蔡秉儒走了11年。從碩班、博班、中研院原分所博士後研究到國家中山科學研究院助研究員,一路走來,步履維艱。蔡秉儒雖苦,但他說:「我很想知道量子物理的極限在哪。」在筆者看來,他或許更想知道的是自己的極限在哪。


蔡秉儒博士深談有關長距離量子通訊的解決方案。照片理學院提供


本場深度演講吸引同樣深耕量子領域的教師與研究員參與。照片理學院提供


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