量子技術有望提供無與倫比的運算能力，使我們能夠解決複雜的邏輯問題、開發新藥物，並為安全通訊提供牢不可破的加密技術。然而，如今用於全球資訊傳輸的電纜網絡，由於其光導纖維是實心的，很可能不是量子通訊的最佳選擇。英國巴斯大學的物理學家開發出新一代特種光纖，旨在應對即將到來的量子運算時代的預期資料傳輸挑戰。

透過巴斯大學製造的光纖引導的強光。資料來源：巴斯大學Cameron McGarry

與普通光纖不同，巴斯製造的特殊光纖具有微結構纖芯，由沿光纖全長分佈的複雜氣孔圖案組成。

“傳統光纖是當今電信網路的主力，其傳輸光的波長完全受二氧化矽玻璃損耗的影響。然而，這些波長與光量子技術所需的單光子源、量子位元和主動光學元件的工作波長不相容，”巴斯大學物理系的克里斯蒂娜-魯西莫娃（Kristina Rusimova）博士說。

魯西莫娃博士和她的同事們在發表於《應用物理通訊量子版》（Applied Physics Letters Quantum）的一篇學術論文中介紹了巴斯製造的最先進光纖，以及新興量子計算領域的其他最新和未來發展。

魯西莫娃博士是這篇論文（被稱為透視）的主要資深作者，她補充說：”光纖設計和製造是巴斯大學物理系研究的最前沿，我們以量子電腦為中心開發的光纖為未來的資料傳輸需求奠定了基礎。

光是一種很有前途的量子計算介質。被稱為光子的單一光粒子具有一些獨特的量子特性，可以被量子技術所利用。

其中一個例子就是量子糾纏，在量子糾纏中，相隔很遠的兩個光子不僅能保存彼此的訊息，還能瞬間影響對方的屬性。與經典計算機的二進位（要么是1，要么是0）不同，糾纏光子對實際上可以同時作為1 和0 存在，從而釋放出巨大的計算能力。

卡梅隆-麥加里（Cameron McGarry）博士是巴斯大學的物理學家，也是這篇論文的第一作者：”量子互聯網是實現新興量子技術巨大前景的重要因素。與現有的互聯網很相似，量子互聯網將依靠光纖在節點與節點之間傳遞訊息。

在他們的觀點中，研究人員從光纖技術的角度討論了量子互聯網所面臨的相關挑戰，並提出了一系列潛在的解決方案，以實現強大、大規模量子網路的可擴展性。

這既包括用於遠距離通訊的光纖，也包括可直接整合到網路中的量子中繼器的特種光纖，以延長該技術的運行距離。

他們也介紹了特種光纖如何透過充當糾纏單光子源、量子波長轉換器、低損耗開關或量子記憶體的容器，超越連接網路節點的範圍，在節點本身實現量子運算。

McGarry 博士說：”與標準的電信光纖不同，巴斯公司常規製造的特種光纖具有微結構纖芯，由沿光纖全長分佈的複雜氣孔圖案組成。正是這些氣孔的圖案讓研究人員能夠操縱光纖內光的特性，並創造出糾纏的光子對、改變光子的顏色，甚至將單個原子困在光纖內”。

物理系博士後研究員Kerrianne Harrington 博士說：「世界各地的研究人員正在以工業界感興趣的方式，在微結構光纖的功能方面取得令人振奮的快速進步。我們的觀點描述了這些新型纖維令人興奮的進步，以及它們如何有益於未來的量子技術。

巴斯的EPSRC 量子職業加速研究員亞歷克斯-戴維斯博士補充說：”光纖能夠緊密地約束光線並將其長距離傳輸，這使其非常有用。除了產生糾纏光子外，這還能讓我們產生更奇特的光量子態，應用於量子計算、精密感測和堅不可摧的訊息加密”。

有觀點認為，量子設備比傳統電腦更有效率地執行任務的能力，但這尚未得到最終證實。展望中確定的技術挑戰有可能為量子研究開闢新的途徑，使我們更接近實現這一重要的里程碑。巴斯製造的光纖有望為未來的量子電腦奠定基礎。

編譯自/ ScitechDaily