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前瞻技術脈動：光子與量子技術（202407）

關鍵字：量子糾纏；光學鉗子(optical tweezers)；量子位元(qubits)；波粒二象性；量子炸彈測試(quantum bomb tester)；思想實驗；二氧化碳；MXenes (MAX-eenz)；量子處理器；邏輯閘；
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科技產業資訊室 - 技術發展藍圖研析團隊 發表於 2024年5月24日
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圖、前瞻技術脈動：光子與量子技術（202407）

量子飛躍：普林斯頓物理學家首次成功完成個體分子的纏結
對個別控制的分子進行量子糾纏是一項長期存在的實驗挑戰。由Lawrence Cheuk領導的普林斯頓大學研究團隊發表於《Science》期刊的研究指出，該團隊在量子力學領域取得突破性進展，首次完成個體分子的量子糾纏。研究團隊在實驗室環境中精心操弄個體分子，將它們引入交錯的量子狀態。研究團隊選擇了可以用雷射冷卻的極性分子，並使用光學鉗子(optical tweezers)精確定位它們，克服了以往實現量子糾纏的挑戰。這些纏結的分子即使相隔很遠，仍保持相關性，也能同時進行交互作用。研究團隊將量子位元(qubits)編碼為分子的非旋轉和旋轉狀態，使分子量子位元仍保持一致的行為。為了使分子纏結，研究團隊使用微波脈衝，實現了纏結兩個分子的二量子位元閘。研究成果在實際應用上具有重要意義，例如量子計算、模擬和感測。該研究是由Princeton University、National Science Foundation和Sloan Foundation資助。
參考資料: Quantum Leap: Princeton Physicists Successfully Entangle Individual Molecules for the First Time. SciTechDaily, 2023/12/11.

跳動水滴中的特徵性量子行為
由於光子的波粒二象性，理論上它可在不發生物理互動的情況下感知炸彈的存在。由麻省理工學院研究團隊發表於《Physical Review A》期刊的研究指出，該團隊成功複製了「量子炸彈測試」(quantum bomb tester)的類比實驗。量子炸彈測試是一個思想實驗，假設一個量子粒子，如光子，可在無物理互動的情況下，探測到炸彈。儘管該數學概念與量子力學的方程式相符，但關於粒子如何完成該探測的機制，物理學家們仍一直感到困惑。研究團隊利用彈跳的液滴重新創建了該實驗，揭露液滴的行為與量子炸彈測試的統計預測相匹配。研究結果顯示，液滴符合古典動力學的行為可能是神秘的量子行為的基礎，彌合了古典和量子領域間的鴻溝。該研究是由National Science Foundation資助。
參考資料: Hallmark quantum behavior in bouncing droplets. Science Daily, 2023/12/12.

新型超薄材料可吸收空氣中導致氣候暖化的二氧化碳
一種新興的微小材料MXenes可以從空氣中捕獲導致氣候暖化的二氧化碳，幫助解決氣候變遷這個巨大問題。它們的名字來自它們的結構，由M和X原子交替層組成。 "M"層由一些過渡金屬組成。MXene 大表面積上的原子可以與其環境互相作用。這包括從周圍的空氣中捕獲二氧化碳，同時不影響大氣中的其餘部分。
參考資料: New ultrathin materials can pull climate-warming CO2 from the air. Science News Explores, 2023/12/15.

哈佛大學推出世界首款邏輯量子處理器
在量子計算領域，創建可控制的邏輯量子位元，一直以來都是一項障礙，阻礙該項技術發展。由哈佛大學研究團隊發表於《Nature》期刊的研究成果指出，該團隊成功開發了一款可編程的邏輯量子處理器，能編碼48個邏輯量子位元並執行數百個邏輯閘操作。該研究成果為首次在一台糾錯的量子計算機上實現大規模演算法執行，為實用、容錯的量子計算機邁出重要的一步。研究團隊使用中性原子陣列架構，包括超冷的懸浮銣原子形成的物理量子位元，在纏結操作中展示出低錯誤率。該邏輯量子處理器可對整個邏輯量子位元塊進行並行、多路復用的控制，展現了效率和可擴展性。該研究是由Defense Advanced Research Projects Agency、Center for Ultracold Atoms、Army Research Office和QuEra Computing資助。(1121字；圖1)
參考資料: Harvard Unveils World’s First Logical Quantum Processor. SciTechDaily, 2023/12/24.


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