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丹麥哥本哈根大學(University of Copenhagen)旗下的玻爾研究所(Niels Bohr Institute)最近在量子運算領域取得了兩項關鍵成果：其中之一是一款類二極體(diode-like)零組件，能讓單顆光子僅在某個方向被發社會流動，端看其自旋是「往上」或「往下」；其二是一種光子延遲線(delay line)。這兩項新研究成果將使量子電腦又朝現實世界邁進一步。

玻爾研究所團隊並立即取得了上述研究成果的專利；哥本哈根大學教授Peter Lodahl接受EE Times編輯訪問時表示：「我們的研究焦點是開發量子技術應用的光子硬體，這可能會有很多種技術應用，包括短期與長期性的；因為如此，我們必須為所開發的光子電路取得專利保護，並考量原型裝置的商用潛力。」

到目前為止，所有的量子編碼光子可能會沿著任一方向的波導行進，無論其自旋編碼如何；不過Lodahl與同校教授Soren Stobb，以及博士後研究助理Sahand Mahmoodian與Immo Sollner，設計了一種量子點單光子發射器，會沿著波導以單一方向發送上自旋(up-spin)單光子，並在反方向發射下自旋(down-spin)單光子，如此能打造出可根據其編碼來針對量子位元(quantum-bits，qubits)排序並分類的量子電腦元件。

主導量子光子研究團隊的哥本哈根大學玻爾研究所教授Peter Lodahl與Soren Stobbe 
（拍攝：Ola Jakup Joensen；來源：Niels Bohr Institute）

Lodahl表示：「在未來的量子電腦中，控制光與物質之間互動的能力是一大關鍵，也就是我們研究案例中的光子與量子點。」他們還實現了一種速度差分(speed differential)，能讓那些被編碼、沿著波導朝單一方向傳播的發射光子，與那些被編碼朝著相反方向傳播的光子之間有不同的傳播距離(propagation distances)，因此實現一種光子用的延遲線類型零組件，就像今日其他有延遲線零組件的電子元件。

從新定向源發射的光子如果電子自旋向上就會往左(藍色)，如果電子自旋向下則是往右(紅色)
（拍攝：Sahand Mahmoodian、Soren Stobbe；來源：Niels Bohr Institute）

「透過我們的光子電路來回傳送光子時，會有不相等的傳播距離，是源自於取決於傳播方向的光子與發射器之互動；」Lodahl解釋：「我們對取決於傳播方向的差異互動之發現，為控制光-物質互動以催生構成量子運算技術基本硬體的創新光子晶片開啟了可能性。」

玻爾研究所量子光子學實驗室的實驗設置
（拍攝：Ola Jakup Joensen；來源：Niels Bohr Institute）

以雷射作為激發源──也可以使用電幫浦(electrical pumping)來完成──研究人員已經能將其量子點材料運用於製作單光子，並以上/下自旋來分類(就像二極體)，並能沿著光子版的延遲線來傳播；這些研究成果將成為未來量子電腦的關鍵零組件。

玻爾研究所量子光子學實驗室團隊的博士後研究員Sahand Mahmoodian與Immo Sollner 
（拍攝：Jimmy Cali Hansen；來源：Niels Bohr Institute）

編譯：Judith Cheng 

(參考原文： Quantum Computing: Diode-like Breakthrough Surmounts Roadblock，by R. Colin Johnson)

資料來源:電子工程專輯