清華大學物理系、前瞻量子科技研究中心褚志崧教授領導的研究團隊日前宣布，成功研發出全世界最小的量子電腦，僅使用一顆光子（Photon），這也是台灣研發出的第一套光學量子電腦。這項領先全球的突破發表在上個月的《物理評論》期刊（Physical Review Applied）。

團隊在記者會現場展示以在一條環狀光纖內跑動、只有一顆光子的光量子電腦，完成質因數分解等複雜的數學運算。這是全世界首次以一顆高維度、也就是多次元的光子來實現量子演算法。

高為元校長表示，他去年才參觀過美國最先進的量子電腦實驗室，印象最深刻就是龐大的冷卻系統，將溫度控制在攝氏零下273度，設備也占去一個大房間；而該校團隊所發表的光量子電腦卻可在室溫下操作，且設備只有一個盒子大。

褚志崧指出，光子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32維空間裡儲存資訊的技術，宛如「多重宇宙」。1維是一條線；2維以長、寬成一平面；3維則是長、寬、高的立體。研究團隊打造出的這顆光子，則有32維空間來儲存資訊，也就是32次元，打破了世界紀錄。

褚志崧提到，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，很難控制讓多顆光子同時出現。因此，褚志崧改變思路，專注在把所有資訊都壓縮在一顆光子上。團隊接下來的目標是持續挑戰並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。

光量子電腦是用光傳輸資料，並透過量子力學進行運算。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。

量子電腦的發展深受期待，但也面臨兩大挑戰，首先是電子及離子的量子電腦必須在極低溫下運作，耗能且成本高昂；其次是量子態很容易受到振動或電磁場的干擾，導致資訊遺失、計算錯誤。研究團隊僅用一顆光子造出的光量子電腦，則克服了這兩大困境。

褚志崧指出，光子可在室溫下保持穩定的量子態，不需要極低溫環境，耗能少，成本也較低。此外，光子可以長距離傳輸，不易受干擾，對將量子電腦投入商業化應用具有獨特的優勢。【記者  鄒弘整理報導】