前瞻技術脈動：光子與量子技術（202412）
科技產業資訊室(iKnow) - 技術發展藍圖研析團隊 發表於 2024年11月1日
圖、前瞻技術脈動：光子與量子技術（202412）
量子光達原型在完全浸入水下時獲取即時3D圖像
透過海水獲取3D圖像具有挑戰性，因為光在水中會受到限制，且水中的任何微小顆粒都會散射光線並使圖像變形。利用量子檢測技術的原型光達系統，即使在水下極低光照條件下，也能捕捉到詳細的資訊。英國赫瑞瓦特大學和愛丁堡大學的研究人員展示一種原型光達系統，使用量子檢測技術在水下獲取3D圖像，其高靈敏度使其即在極低光照水下的條件也能獲取詳細資訊。該系統可能應用範圍很廣，如檢查水下設施，像水下風電場電纜和渦輪機的水下結構，亦可用於監測或測量水下考古遺址以及安全和國防應用。研究人員進行了將整個單光子光達系統浸沒在大型水箱中的實驗，並執行新的軟體與硬體開發，允許即時重建系統獲取3D圖像。研究人員設計光達系統，使用綠色脈衝雷射光源照亮感興趣的場景。反射的脈衝照明由單光子探測器陣列探測，可實現超快低光探測，並大幅縮短在高衰減水等光子匱乏環境中的測量時間。之後將努力縮小系統的尺寸，以便整合到水下航行器中，並透過英國量子技術中心網絡和InnovateUK與業界合作，開發一系列水下應用。
參考資料：Quantum lidar prototype acquires real-time 3D images while fully submerged underwater. phys.org. 2023/05/04.
團隊使用一個擁有5,000個量子位元的可程式化的旋轉玻璃，在優化問題上展示了量子優勢
世界各地正積極開發更先進的量子電腦，以實現「量子優勢」，即在特定任務上優於傳統電腦的計算能力。透過建立一個擁有 5,000個量子位元的自旋玻璃(Spin Glass)系統，科學家們期望使用該系統來解決各類優化問題。
加拿大量子計算公司D-Wave Quantum Inc.的研究團隊最近開發了一個新的量子計算系統，這個系統是基於一個擁有5,000個量子位元（相當於傳統計算中的位元）的可程式化自旋玻璃，在優化問題上超越了傳統的計算系統。這項工作驗證了量子退火背後的原始假設，過往的實驗採用了大塊的自旋玻璃合金，並將它們置於不同的磁場中，觀察結果顯示，如果能製造出可編程的量子自旋玻璃，它將可比傳統演算法更快地降低優化問題的低能量狀態，然而現今D-Wave Quantum研究團隊透過提高D-Wave Advantage處理器的連通性和相干性實現了量子加速。他們最終將該處理器推入了沒有熱效應的相干退火狀態，是有史以來最大的可程式化量子模擬，在優化問題上獲得優於傳統系統的量子優勢。
參考資料：Team demonstrates quantum advantage on optimization problems with a 5,000-qubit programmable spin glass. phys.org. 2023/05/17.
研究揭示了讓奇異準粒子「放鬆」的新方法
研究揭示了讓奇異準粒子「放鬆」的新方法，並且開發出具有低功耗、可控制光輸出方向的發光裝置。透過操控稱為激子對的「準粒子」動量，為數據儲存與操作開啟了新的可能性。來自麻省理工學院和其他機構的研究團隊在物質與光之間建立了重要的橋樑，可能為高效能的裝置鋪了新的路徑。透過將極小的鈣鈦礦材料片段夾在兩個精確間隔的反射表面之間，能夠控制被稱為激子對的「準粒子」動量。這種控制為基於此現象的裝置打開了數據儲存和操作的可能性。該團隊的研究展示了這些準粒子的特性，它們介於純電子和光子系統之間，允許利用各自最佳的性質。所使用的材料可以在室溫下輕鬆製造，儘管實際應用可能還需要數年時間，但這些發現對於未來的電腦晶片和室溫量子位元具有潛力。此外，該研究可能有助於開發低功耗光源和可控制光輸出方向的發光裝置。該研究發表在Nature Communications期刊上。
參考資料：Study reveals new ways for exotic quasiparticles to "relax". MIT News. 2023/05/12.
一個遙遠的超新星重新定義了我們對宇宙膨脹的理解
透過觀察遠處超新星的重力透鏡效應來測量宇宙膨脹的速度，以確定宇宙的膨脹速率。明尼蘇達大學的研究人員借助重力透鏡效應觀察遠處的超新星，從而測量宇宙的膨脹速度。重力透鏡效應發生在當一個巨大物體的重力使遠處物體的光線彎曲後形成多個影像。透過計算這些重力透鏡效應所產生的超新星Refsdal影像之間的時間延遲，研究人員能夠確定宇宙的膨脹速度，即哈勃常數。膨脹的結果顯示約每百萬秒差距下67公里/秒，與宇宙微波背景(CMB)方法的測量結果相符，但與宇宙距離梯度方法有抵觸。需要進一步調查和獨立測量來解決長期存在的矛盾，並有可能修正我們對宇宙的理解。該研究發表在Science期刊上。(1525字；圖1)
參考資料：A distant supernova defies our understanding of the cosmos's expansion. New Scientist. 2023/05/11.
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