臺灣量子計算重大突破！清華大學開發出全球最小量子計算機！

灣科學家近日取得重大突破！清華大學物理系教授褚志崧（Chih-Sung Chuu）領導的團隊，成功研發出全球最小的光量子計算機。這臺計算機僅使用單個光子進行計算，不僅是臺灣首臺光量子計算機，也是全球最緊湊的一臺。這項研究已發表在9月3日《應用物理評論》雜誌上。

光量子計算機基於光子進行計算，具有極快的傳播速度，並且可以在室溫下保持穩定的量子狀態。這項新研究通過將信息編碼到單個光子的32個時間維度中，實現了光量子計算的全新突破。

目前世界上主流的量子計算機開發使用超導量子比特和離子阱量子比特，被認爲最有希望發展爲通用量子計算機。

超導量子計算機使用超導材料在接近絕對零度的極低溫下工作，是目前發展最快的量子計算技術之一，已展示出在處理複雜問題方面的巨大潛力，IBM和谷歌屢創紀錄的就是這種量子計算機。但它需要極其複雜的冷卻系統才能維持量子比特的超導狀態，這使得系統能耗極高，且冷卻設備體積龐大。

離子阱量子計算機通過電磁場捕獲帶電的離子，利用激光脈衝來操控它們的量子狀態從而進行計算，具有極高的精度，且量子比特可以長時間保持量子狀態不失去信息，這爲高精度計算提供了可能。但它運算速度較慢，同時也需要較低溫度的環境，才能確保離子的穩定性。

光量子計算機依靠光子作爲量子比特，利用光子的量子疊加和糾纏特性進行計算，優點是它不需要極端低溫，且能長距離穩定傳輸信息。它面臨的主要挑戰，在於如何提高單光子處理和檢測的效率，從而處理更大規模的計算任務。

光量子計算機仍在發展中，當前的計算能力相對較小，更多研究將致力於擴大光量子計算機的規模和性能。隨着這些問題的逐步解決，光量子計算機有望成爲推動下一代計算技術的核心力量。

臺灣全球最小光量子計算機開發成功，標誌着全球量子計算技術的重要一步，也爲未來的量子加密通信、物流優化和科學計算帶來了廣闊的應用前景。

參考文獻：

Implementation of Shor’s algorithm with a single photon in 32 dimensions, Hao-Cheng Weng and Chih-Sung Chuu, Phys. Rev. 3 September 2024, DOI: 10.1103/PhysRevApplied.22.034003