上海交通大學團隊成功研發出效率達 94.6% 拉曼量子記憶體，一舉打破量子資訊儲存領域長達十年的技術僵局。這項 11 月發表於《物理評論快報》(Physical Review Letters) 研究，除了實現 98.91% 超高保真度，更將噪聲控制在每脈衝 0.026 光子的極低水平，信噪比高達 38.8，為全球量子通訊網絡的商業化鋪平道路。該技術預計在 500 公里以上的量子通訊鏈路中展現關鍵應用價值，直接支援年複合成長率達 37.7%、2032 年市值預計突破 94 億美元（約港幣 733.2 億元）的量子金鑰分發市場。
十年技術難題獲破解
量子記憶體作為量子通訊網絡、量子運算與量子中繼器的核心裝置，其效能表現直接影響整體系統的可靠性。上海交通大學物理與天文學院講席教授張衛平與華東師範大學陳麗清教授領導的聯合團隊，針對業界長期面臨的「效率-保真度取捨」難題提出創新解方。傳統量子記憶體在提升儲存效率時會放大四波混頻噪聲，導致量子態失真；而抑制噪聲又會犧牲效率，嚴重阻礙技術實用化過程。張衛平教授強調：「接近完美的效率和保真度對量子資訊處理不可或缺，實現這樣的高性能一直是該領域的重大挑戰」。
研究團隊從光與原子相互作用的基本機制切入，提出「拉曼量子記憶體」創新方法。這項技術採用遠離共振的拉曼方案進行原子-光相互作用，除了實現有效量子儲存，還具備寬頻功能，使記憶體能以遠超其他方法的速度儲存光學訊號。在 60 MHz 頻寬條件下，該系統成功將 6 至 20 奈秒光脈衝儲存效率推升至 94.6%，保真度達 98.91%，噪聲-效率比僅 0.028，是全球首次在寬頻儲存系統中突破 90% 效率大關。相較之下，2019 年同一團隊在《自然通訊》發表的早期研究效率為 82%，顯示技術已實現顯著躍進。
智慧光控技術開創產業新標準
團隊關鍵技術突破在於首次揭示光脈衝時域波形與原子自旋波空間分布之間的漢克爾時空轉換映射關係。透過差分進化演算法對控制光脈衝進行智慧最佳化，研究人員提出自適應控制量子記憶體精確技術，改善控制光脈衝的時域形狀，使激發出的自旋波在空間高度局域化。這種智慧光控自旋波壓縮策略在不增加雜訊的前提下，明顯提升儲存效率與保真度，並在熱原子銣-87 氣體中實現對 17 奈秒光脈衝高效儲存與讀取。
Physics Magazine 10 月刊登專題評論指出，新型量子記憶體噪聲-效率比至少比傳統系統低 5 倍，展現出在高速量子網絡、量子態操控和大規模量子運算領域的應用潛力。相較於近期其他量子記憶體技術進展——如固態系統達到 80.3% 弱相干脈衝效率和 69.8% 單光子效率，或 Caltech 利用混合方法將量子記憶體時間延長 30 倍——拉曼量子記憶體在效率和保真度的綜合表現上建立新的產業標準。張衛平教授表示：「這項工作首次揭示量子記憶體中原子-光映射背後的物理機制，為建立量子記憶體能力基準的新方法樹立重要里程碑」。
量子通訊市場迎來爆發期
全球量子金鑰分發市場正經歷爆炸性成長，2024 年市值達 9.97 億美元（約港幣 77.8 億元），預計 2032 年將攀升至 94.18 億美元（約港幣 734.6 億元），年複合成長率高達 37.7%。市場快速擴張的驅動力來自網絡安全威脅升級、經典加密方法面對量子計算攻擊的脆弱性，以及北美和亞太地區政府大力推動量子技術研發投資。金融、政府和國防等關鍵領域對量子安全通訊的需求持續攀升，其中政府與國防部門在 2025 至 2030 年間預計佔整體量子金鑰分發需求的 60% 以上。
量子記憶體作為量子中繼器的核心元件，對突破量子通訊距離限制至關重要。傳統光纖傳輸因光子損耗問題，限制量子通訊距離在數百公里內；量子中繼器透過糾纏交換和量子記憶體，可將通訊距離延伸至任意長度而不直接測量中間量子比特。Toshiba 2025 年 4 月宣布的雙場量子金鑰分發協議試驗，成功在 250 公里標準電信光纖上實現量子資訊穩定傳輸，副總裁 Andrew Shields 強調：「這項試驗代表將量子金鑰分發進一步擴展的重要里程碑，朝我們建立連接主要城市和國家、以量子安全保護為核心的量子互聯網終極目標邁進」。
ID Quantique、Toshiba 和 Quintessence Labs 等產業領導者持續推進量子金鑰分發系統，提升其實用性並整合至現有網絡基礎設施。中國、美國、歐洲等主要經濟體均將量子通訊列為國家戰略投資重點，太空量子金鑰分發市場預計從 2025 年 5 億美元（約港幣 39 億元）增長至 2030 年 11 億美元（約港幣 85.8 億元），累計基礎設施投資將達 37 億美元（約港幣 28.9 億元）。
商業應用前景與產業影響
拉曼量子記憶體突破性能為高速量子通訊網絡、量子中繼器和連續變數量子資訊系統提供關鍵技術支援。在實務應用層面，該技術有望大幅提升量子金鑰分發系統的傳輸速率與距離，在 500 公里以上量子通訊鏈路展現重要應用潛力。77 MHz 頻寬表現比基於電磁誘導透明、法拉第和梯度回波記憶體方法的系統高出數十至數百倍，50% 效率下延遲-頻寬乘積達 86，充分展現寬頻量子記憶體的高性能特徵。
量子通訊網絡被視為量子生態系統的黏合劑，除了改善數據傳輸安全性，更能透過分散式應用加速並增強量子運算和感測能力。全球各地正湧現大量量子通訊測試平台，獲得大規模投資支援，期望讓量子網絡成為整個量子技術生態的連接樞紐。研究團隊計畫探索新的物理驅動原理，並將記憶體系統整合至為容錯量子運算架構和量子網絡設計的量子中繼器中。
對於金融機構、政府機構和電信公司而言，近完美性能量子記憶體意味著更可靠的量子安全通訊解決方案，能有效應對未來量子電腦對現有加密系統的潛在威脅。隨著量子技術研發持續推進，量子記憶體效率和保真度提升將直接轉化為量子金鑰分發系統的競爭優勢，縮短等待時間、提高連接建立成功率，並為可擴展量子網絡奠定堅實基礎。
資料來源： SSB Crack News American Physical Society – Physics Magazine Intel Market Research Toshiba Europe Nature Communications
