像雙胞胎一樣同步！矽晶片內原子核首次成功量子糾纏

澳洲新南威爾斯大學（UNSW）的研究團隊，首次在矽晶片中實現了原子核自旋之間的量子糾纏，並且讓它們能在 20 奈米的距離下互相「通話」。這代表量子元件已能在現代晶片製程的尺度上運作，為量子電腦的規模化鋪路。研究成果已刊登在《Science》期刊。

所謂「量子糾纏」，可以把它想成一對神奇的雙胞胎，即使相隔遙遠，其中一人舉起左手，另一人也會同時舉起左手。這種同步關聯，是量子電腦能同時處理大量資訊、超越傳統電腦的基礎。

不過，要在矽晶片中達成糾纏並不容易。過去原子核要互相作用，必須依靠共用同一顆電子。這種做法限制很大，好比只能把人塞進同一間房間才能交談，房間一旦擠滿了，就無法再擴展。

這次突破的關鍵在於，原子核不再需要共用同一顆電子，就能彼此連結。研究團隊利用電子的「可延展性」，讓它們成為訊號中介，即使兩個核分開 20 奈米（約人類頭髮寬度的千分之一），仍能透過電子建立穩定聯繫。

研究人員形容，過去的原子核就像被關在隔音室，只能在室內清楚對話，卻無法與外界連線；而這次的突破，就像給了他們「電話」，能跨房間交流。

20 奈米正是現代電腦與手機晶片的製程尺度。這意味著未來量子電腦有機會直接利用現有的半導體工藝來量產，不必重新發明整個製造流程。對於一個動輒上兆美元規模的半導體產業來說，這大幅提高了量子電腦「真正走出實驗室」的可能性。

UNSW 團隊強調，這種方法穩定且可擴展，未來能加入更多電子與原子核，快速開關交互作用，朝大規模量子電腦更進一步。

不過，挑戰依然存在。真正能與現有超級電腦比肩的量子電腦，可能需要數百甚至數千顆量子位元（qubit）同時穩定運作。如何在維持低錯誤率的同時放大規模，將是下一個關鍵難題。

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（首圖來源：shutterstock）