量子電腦小型化重大突破！清大以 32 維單顆光子打造全球最小原型機

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今日宣布，成功研發出全世界最小的量子電腦，以一條環狀光纖運行單一光子，完成質因數分解的複雜數學運算，如 15=5×3，這是全世界首次以 32D 單顆光子實現量子演算法，為量子電腦小型化重大突破。

清大校長高為元表示，這絕對是量子電腦的一大里程碑，去年參觀美國最先進的量子電腦實驗室，對龐大的冷卻系統印象深刻，因將溫度控制在 -273°C，設備可占一個大房間，但這次發表的光量子電腦卻可在室溫操作，設備只有一個盒子大，讓未來每個人桌上都有一台光量子電腦。

褚志崧表示，光子（Photon）是傳遞電磁作用的基本粒子，為了讓一顆光子攜帶更多的資訊，團隊成功研發出可在一個光子的 32D 空間裡儲存資訊的技術，因 1D 是一條線、2D 以長寬成一平面、3D 則是長寬高的立體，這顆光子 32D 空間就是 32 次元，打破世界紀錄。

褚志崧比喻，有 32D 儲存空間的光子，就像是把一台只能載一個人的腳踏車，改造成一台連結 32 節列車的火車，就能載運更多的乘客，而團隊將這項領先全球的突破 9 月發表於《物理評論》（Physical Review Applied）期刊。

國外發展的光量子電腦最多可達到數百顆光子，但光子為機率性出現，「這秒還有，下一秒就消失了」，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一顆光子上」，因此目標提升單一光子的資訊儲存容量，讓一顆光子能夠容納更多的資訊，實現更複雜的量子運算。

一般電腦用電在電路板上傳輸來進行運算，而光量子電腦則是用光來傳輸資料，並透過量子力學來進行運算。褚志崧解釋，不同於傳統電腦的位元（bit）只能代表 0 或 1，量子電腦的量子位元（qubit）可以同時處於 0 和 1，這種特性稱為「量子疊加」，使量子電腦在處理質因數分解、大數據搜尋等複雜運算時，速度可比傳統電腦快數億倍。